Novo processo facilita a produção de aminoácidos que não existem na natureza

Cada proteína do seu corpo é composta pelos mesmos 20 blocos de construção chamados aminoácidos. Mas só porque a natureza está presa a um conjunto de ferramentas limitado não significa que os humanos não possam expandi-lo.

Um estudo publicadoem Ciência por uma equipe que inclui químicos Pitt descreve uma nova maneira poderosa de criar aminoácidos “não naturais”, que poderiam ser usados ​​em terapias baseadas em proteínas e abrir novos ramos da química orgânica.

“Esta é uma transformação completamente nova: nova para a natureza e nova para a química”, disse Peng Liu, professor de química na Escola de Artes e Ciências Kenneth P. Dietrich e autor correspondente do artigo. “Dizer a uma enzima para criar uma configuração não natural de um aminoácido é incomum, e você tem que fazer isso com uma bioengenharia cuidadosa.”

Mude apenas um pedaço de uma proteína maior e você poderá alterar seu formato e o que faz – portanto, aminoácidos não naturais são promissores para abrir novos tipos de terapias, como antibióticos ou imunossupressores que fazem uso de proteínas ou de seus primos menores.

A criação de tais moléculas em laboratório, no entanto, é um processo oneroso e de várias etapas: os pedaços do aminoácido que se ligam uns aos outros para formar uma cadeia proteica têm de ser protegidos à medida que os investigadores transformam quimicamente o resto da molécula. A reação descrita no novo artigo, no entanto, é mais simples e eficiente, e oferece aos químicos um nível de controle sem precedentes sobre como os grupos de átomos são orientados na molécula resultante.

Também emprega uma ferramenta química, uma enzima PLP, de uma forma incomum. As enzimas são proteínas que catalisam reações – normalmente, mesmo quando as suas funções são alteradas pela bioengenharia, tudo o que podem fazer é acelerar processos químicos conhecidos que os químicos poderiam alcançar de outras formas, embora mais lentas. Mas combinada com um catalisador molecular sensível à luz, a enzima nesta nova reação pode alcançar muito mais do que isso.

“Você pode argumentar que as enzimas produzidas pela bioengenharia fornecem melhor eficiência do que os catalisadores de moléculas pequenas, mas catalisam a mesma reação”, disse Liu. “Mas esta é uma reação inteiramente nova. Simplesmente não existia antes.”

O grupo de Liu usa simulações de computador para descobrir a intrincada dança que acontece numa reação química ao nível dos átomos e eletrões, acrescentando o “porquê” ao “o quê” descoberto por grupos que conduzem experiências. Para este artigo, o pesquisador de pós-doutorado Liu e Pitt, Binh Khanh Mai, trabalhou com uma equipe de pesquisadores da UC Santa Barbara liderada por Yang Yang - uma colaboração que vem se fortalecendo desde 2014, quando Yang passou um verão no laboratório de Liu como estudante visitante de pós-graduação. .

Liu e Mai mergulharam nos dados fornecidos pelo grupo de Yang para entender como e por que a reação ocorreu, decifrando as etapas intermediárias que são invisíveis para os químicos. Num passo que a dupla observou particularmente de perto, um eletrão tem de percorrer uma distância invulgarmente longa no seu caminho entre duas moléculas. “Tivemos que fazer uma modelagem cuidadosa sobre a probabilidade de isso acontecer porque esta é uma etapa nova na natureza e apoia todo o mecanismo de reação”, disse Liu.

Apoiar esses modelos está um tremendo poder de computação. Liu cita o Centro de Pesquisa em Computação de Pitt como um ingrediente essencial para o sucesso do laboratório, já que as simulações complexas que o grupo realiza para entender os meandros das reações químicas exigem tempo com supercomputadores poderosos e de última geração.

Mesmo assim, há questões ainda sem resposta e este artigo é apenas o primeiro passo de uma série de colaborações entre as duas equipes. Se conseguirem entender melhor por que ocorre a reação incomum, o grupo de Liu poderá abrir a capacidade de aproveitá-la em diferentes contextos para criar uma ampla variedade de novas ferramentas químicas, medicamentos e muito mais.

“Você pode pensar em quantos tipos diferentes de aminoácidos não naturais você poderia produzir – há um número quase ilimitado”, disse Liu. “Então, podemos usar esse insight para desenvolver outras reações novas também?”