Un equipo de investigación de la Universidad de Duke conformado por ingenieros, científicos y bioquímicos han desarrollado un programa de ordenador que puede mostrar experimentos y formas de cambiar el mecanismo que las bacterias poseen, para así fabricar antibióticos naturales. Este eficiente método da un paso más hacia la eterna “carrera armamentística” entre los antibióticos y los gérmenes.
El software, a través de un conjunto de normas conocidas como el algoritmo K* (pronunciado comoK Star), es capaz de clasificar todas las posibles formas y los cambios clave de una enzima que produce un antibiótico natural llamado gramicidina S, según comentaba Bruce Donald, William Duke’s y Sue Gross, profesores de Bioquímica y Ciencias de la Computación. La nueva técnica podría allanar el camino hacia un nuevo diseño más automatizado de antiguos fármacos para reducir la resistencia de los gérmenes a los medicamentos.
“Realmente nos entusiasma que podamos rediseñar enzimas a través de un trabajo en equipo, con la ayuda del laboratorio y conseguir nuestros objetivos como estaba previsto”, decía Donald, quien dirige la investigación y autor del artículo publicado sobre este proyecto en la revista de investigaciónProceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
La búsqueda de nuevos antibióticos usualmente comienza directamente por la modificación de los compuestos. Sin embargo el equipo de investigación predijo mutaciones a las enzimas por parte de un microbio cuando entra en contacto con antibióticos. Como resultado, el uso de K* ayudará a mejorar los diseños en la búsqueda de más rápidos y más baratos fármacos.
“Es esencialmente una nueva vía para los nuevos antibióticos”, decía Donald. “Hay muchos posibles cambios que pueden constituir a una proteína, pero el algoritmo puede probar a cabo órdenes de gran magnitud con más variaciones que los experimentos de laboratorio por sí solos”.
Otros diseños de proteínas a través de algoritmos han sido propuestos, y algunas de estas incluso han intentado revelar la forma real de las partes esenciales de las proteínas en su movimiento en tres dimensiones. Sin embargo, Donald decía que la versión más reciente de K* permite a las proteínas y cadenas laterales troncales moverse de tal modo como lo harían en la vida real. Además, se evalúa al mismo tiempo lo que él llamó “un álbum o conjunto”, de forma posiblemente cambiante. Por lo tanto, podría ser capaz de descubrir más rápidamente aspectos que a través de técnicas experimentales tradicionales, las cuales tardan mucho más. En principio, debe ser posible volver a diseñar cualquier enzima simplemente a través de la introducción de la forma de la proteína en el algoritmo y ejecutando la orden que se desee que realice.
Esta investigación es el último hito en un esfuerzo de casi 10 años para desarrollar el diseño de algoritmos fiables de enzimas, según comentaba Donald. En el proceso, su grupo ha tenido una larga colaboración con Amy Anderson de la Universidad de Connecticut para probar la exactitud bioquímicamente del algoritmo usando el gramicidin S Sintetasa en el sistema enzimático, que produce el antibiótico natural de las bacterias Bacillus brevis. “Si bien el gramicidin S probablemente no es un antibiótico muy útil contra las enfermedades infecciosas emergentes, es un gran sistema de modelo para el estudio de cómo las enzimas trabajan, porque sabemos mucho sobre su forma en 3-D”, decía Donald.
El algoritmo incluye un “callejón sin salida de eliminación” que puede funcionar realmente bien en todas las posibles interacciones químicas y arquitecturas moleculares flexibles para seleccionar las situaciones en las que no pueden trabajar. Calcular un nuevo diseño podría durar hasta una semana con el 230-processor ubicado en el laboratorio. Además, cabe la pena destacar que elalgoritmo K* se encuentra disponible como software de código abierto para que investigadores puedan evaluarlos y utilizarlos.
El proyecto fue financiado con una donación de los Institutos Nacionales de Salud.
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