En este estudio, los investigadores se centraron en la para-nitro-L-fenilalanina (pN-Phe), un aminoácido no estándar que no es uno de los veinte aminoácidos estándar ni se ha observado en la naturaleza. La pN-Phe ha sido utilizada por otros grupos de investigación para ayudar al sistema inmunitario a generar una respuesta a las proteínas a las que normalmente no responde.
«El grupo funcional químico nitro tiene propiedades valiosas y ha sido poco explorado por personas que intentan reconfigurar el metabolismo», dijo Kunjapur. «La pN-Phe también tiene una buena historia en la literatura: se puede agregar a una proteína de un ratón, devolverse a los ratones y el sistema inmunitario ya no tolerará la versión original de esa proteína. Esa capacidad es prometedora para el tratamiento o la prevención de enfermedades causadas por proteínas deshonestas a las que el sistema inmunitario lucha por bloquear».
Los métodos de expansión del código genético permitieron a los investigadores aumentar el «alfabeto» de los aminoácidos disponibles codificados por el ADN. Al combinar técnicas de ingeniería metabólica con la expansión del código genético, los investigadores pudieron crear un sistema que produce proteínas nitradas de forma autónoma.
«Debido a la química del grupo funcional nitro, el aminoácido que elegimos como nuestro objetivo para este proyecto no era convencional, y es posible que muchos científicos dentro de nuestro campo no hayan esperado que pudiera hacerse mediante biosíntesis», dijo Kunjapur.
El próximo paso de esta investigación es optimizar sus métodos para sintetizar mayores cantidades de proteínas nitradas y expandir este trabajo a otros microorganismos. El objetivo a largo plazo es perfeccionar aún más esta plataforma para aplicaciones relacionadas con vacunas o inmunoterapias, esfuerzos que cuentan con el apoyo del Premio AIChE Langer 2021 de Kunjapur y el Premio Nuevo Innovador del Director de los Institutos Nacionales de Salud 2022. Para respaldar aún más este objetivo a largo plazo, Kunjapur y Neil Butler, candidato a doctorado y primer autor de este artículo, cofundaron Nitro Biosciences.
«Creo que las implicaciones son interesantes, ya que puedes tomar el metabolismo central de una bacteria, su capacidad para producir diferentes compuestos, y con algunas modificaciones puedes expandir su repertorio químico», dijo Butler. «La funcionalidad nitro es rara en biología y está ausente de los 20 aminoácidos estándar, pero demostramos que el metabolismo bacteriano es lo suficientemente maleable como para que pueda reconfigurarse para crear e integrar esta funcionalidad».
Kunjapur agregó: «Las bacterias son vehículos de administración de fármacos potencialmente útiles. Creemos que hemos creado una herramienta que podría aprovechar la capacidad de las bacterias para producir antígenos objetivo dentro del cuerpo y explotar la capacidad de la nitración para arrojar luz sobre esos antígenos al mismo tiempo». .»
La lista completa de coautores incluye a Neil Butler, Sabyasachi Sen, Lucas Brown, Minwei Lin y Aditya Kunjapur de la Universidad de Delaware. Esta investigación fue apoyada por una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias (CBET 2032243).
