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Una investigación liderada por el Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC) ha logrado diseñar una versión mutante de la enzima
lacasa que mantiene su capacidad oxido-reductora bajo las duras
condiciones ambientales del torrente sanguíneo.
La lacasa es una enzima conocida por su alta capacidad para oxidar un
amplio espectro de sustratos en la naturaleza. Para ello, toma
electrones del oxígeno de aire y devuelve agua como subproducto.
“El objetivo de este mutante es actuar como elemento de una batería que
genere la corriente necesaria para hacer funcionar dispositivos
nanoscópicos implantables en los vasos sanguíneos”, explica el
investigador del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica del CSIC y
responsable del trabajo, Miguel Ángel Alcalde.
La capacidad oxido-reductora de las formas originales de la lacasa queda
prácticamente inhibida ante el pH sanguíneo y la elevada composición de
sales. Según la investigación, publicada en la revista
Chemistry&Biology, la actividad en sangre de la lacasa mutante es 42.000
veces superior a la de la misma enzima en su estado original.
El proceso para dar lugar al mutante se ha basado en la evolución
dirigida. Esta metodología recrea los procesos de evolución natural
adaptados a los entornos deseados. El investigador del CSIC confiesa que
“fue necesaria una exploración masiva de genotecas mutantes y en
análisis de más de 10.000 clones para diseñar el mutante adecuado: la
lacasa ChU-B”.
Tanto dicha versión de la enzima como la metodología para desarrollarla
han dado lugar a sendas patentes del CSIC.
El “nanochip prodigioso”
Del mismo modo que en la naturaleza la lacasa toma electrones de
diferentes sustratos, cuando está inmovilizada en el cátodo de una
nanopila toma los electrones procedentes del ánodo, donde otra enzima
oxida la glucosa sanguínea. De este modo se produce una corriente
eléctrica continua que permite la generación de la potencia necesaria
para que todo el dispositivo funcione.
El objetivo de esta fuente de energía es alimentar chips implantables
que informen de forma inalámbrica y en tiempo real al hospital sobre la
concentración de diferentes metabolitos de la sangre de un paciente,
como la glucosa, el oxígeno y la insulina.
Para ello cuentan con un transductor portador de una antena que envía la
información a las bases de datos del hospital y con un biosensor
encargado de medir el parámetro deseado. Alcalde indica que, “en función
del parámetro que se quiera medir, el biosensor requerirá una enzima u
otra”. En el caso del oxígeno, por ejemplo, la lacasa mutante puede
también servir como enzima de medición, ya que es la fuente que utiliza
para captar electrones. No obstante, para medir glucosa será necesaria
una enzima glucosa-oxidasa.
Para el investigador del CSIC, “este trabajo supone un notable avance
para la aplicación de lacasas en el diseño de nanobiodispositivos con
fines biomédicos”. Alcalde explica: “Al mutante capaz de actuar en
sangre podrían unírsele, en el futuro, otros capaces de operar en
lágrimas y otros fluidos fisiológicos humanos”.
La investigación, fruto de la colaboración con investigadores de ocho
universidades y centros de investigación internacionales, y dos empresas
privadas; pertenece al proyecto 3D-nanodevice del VII Programa Marco de
la Unión Europea.
Para simular las duras condiciones ambientales del torrente sanguíneo se
emplean las cámaras climáticas de investigación.
Fuente: CSIC 24/02/2013
Diana M. Mate, David Gonzalez-Perez, Magnus Falk, Roman Kittl, Marcos
Pita, Antonio L. De Lacey, Roland Ludwig, Sergey Shleev, and Miguel
Alcalde. Blood Tolerant Laccase by Directed Evolution.
Chemistry&Biology. DOI: 10.1016/j.chembiol.2013.01.001
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