Utilizando un enfoque basado en inteligencia artificial, los investigadores encontraron una mejor manera de crear el fármaco galantamina, comúnmente recetado a personas que padecen Alzheimer y otras formas de demencia. La técnica basada en la fermentación podría aumentar la disponibilidad del fármaco.
Si bien las bacterias son quizás las más famosas por causar enfermedades como la faringitis estreptocócica y la neumonía, los microbios diminutos también pueden programarse para que sirvan como caballos de batalla en procesos químicos. Por ejemplo, hemos visto el probiótico Lactobacillus reuteri genéticamente modificado para secretar un medicamento para la artritis reumatoide en el cuerpo, y una cepa modificada de E. coli Nissle 1917 solía hacerlo producir el medicamento contra la enfermedad de Parkinson L-DOPA.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Texas (UT) ha pedido E. coli una vez más, esta vez para producir galantamina, un fármaco contra la demencia. La galantamina actúa retardando la descomposición de la acetilcolina en el cerebro, que es un neurotransmisor importante que a menudo se degrada ante la enfermedad de Alzheimer y otros casos de demencia. El ingrediente activo de la galantamina generalmente se extrae de los narcisos, pero ese método de producción requiere mucho tiempo y está sujeto a los desafíos que enfrenta el cultivo y la cosecha de cualquier cultivo.
Para crear el fármaco de una manera diferente, el equipo de UT diseñó genéticamente E. coli bacterias para producir galantamina, el componente básico 4′-O-metilnorbelladina, como parte normal de su proceso de fermentación metabólica. Este es el compuesto que normalmente proviene de los narcisos y también se usa en medicamentos que, entre otras cosas, combatir el cáncer y combatir infecciones virales y fúngicas.
«El objetivo es eventualmente fermentar medicamentos como este en grandes cantidades», dijo Andrew Ellington, profesor de biociencias moleculares y uno de los autores del estudio. «Este método crea un suministro confiable que es mucho menos costoso de producir. No tiene una temporada de crecimiento y no puede verse afectado por sequías o inundaciones».
Aprovechando el poder de la IA
Para desarrollar la mutación. E. coli, los investigadores emplearon un sistema de inteligencia artificial que uno de los miembros del equipo inventó llamado MutComputeX. Pudo analizar miles de mutaciones potenciales en las proteínas dentro de las bacterias para encontrar aquellas que conducirían a la producción de la sustancia química objetivo. El sistema también analizó mutaciones que permitirían a las bacterias operar de manera más eficiente y a temperaturas óptimas.
«Este sistema ayudó a identificar mutaciones que harían que las bacterias fueran más eficientes en la producción de la molécula objetivo», dijo Danny Diaz, becario postdoctoral del grupo de investigación Deep Proteins en el Instituto de Fundamentos del Aprendizaje Automático de la UT, quien desarrolló MutComputeX. «En algunos casos, era hasta tres veces más eficaz que el sistema natural de los narcisos».
Ponerse resplandeciente
Para hacer que el proceso de desarrollo de fármacos sea aún más eficiente, el equipo también creó un biosensor fluorescente que brillaría en verde en presencia del fármaco deseado. Hizo que el análisis de muestras fuera súper rápido.
«El biosensor nos permite probar y analizar muestras en segundos cuando antes tomaba unos cinco minutos cada una», dijo Simon d’Oelsnitz, investigador postdoctoral anteriormente en UT Austin y ahora en la Universidad de Harvard, el primer autor del artículo. «Y el programa de aprendizaje automático nos permite reducir fácilmente los candidatos de decenas de miles a decenas. En conjunto, estas son herramientas realmente poderosas».
Si bien las bacterias se han utilizado antes para producir medicamentos, como hemos visto, el uso de un proceso de fermentación basado en bacterias como alternativa al método de extracción del narciso es completamente novedoso. La esperanza es que el método ofrezca un camino hacia la producción de medicamentos críticos, incluida la galantamina, a escala en el laboratorio de una manera más confiable y asequible.
La investigación ha sido publicada en la revista Comunicaciones de la naturaleza.
Fuente: Universidad de Texas