Un avance en la intersección de dos problemas
Dos de los desafíos más apremiantes en la ciencia y medicina modernas — la crisis de residuos plásticos y la necesidad de tratamientos accesibles para enfermedades neurodegenerativas — han colisionado de una manera inesperada y elegante. Los investigadores han logrado desarrollar bacterias para descomponer plástico de tereftalato de polietileno y convertir los intermedios químicos resultantes en levodopa, el medicamento más efectivo disponible para manejar los síntomas de la enfermedad de Parkinson. El trabajo representa un enfoque potencialmente transformador tanto para la remediación ambiental como para la fabricación farmacéutica.
Publicado en Phys.org, la investigación describe una vía bacteriana que toma plástico PET — el material utilizado en botellas de agua, envases de alimentos y fibras sintéticas — como materia prima y produce L-DOPA (levodopa) como producto final a través de una serie de transformaciones metabólicas. El enfoque aprovecha la capacidad de ciertas bacterias para despolimerizar PET en sus bloques de construcción químicos y luego canalizar esos intermedios a través de vías biosintéticas diseñadas hacia una molécula objetivo con valor clínico establecido.
La elegancia del sistema radica en su circularidad. El residuo plástico que actualmente se acumula en vertederos y remolinos oceánicos se convierte en la materia prima para un medicamento que mejora la calidad de vida de millones de personas que viven con enfermedad de Parkinson. En lugar de requerir precursores derivados del petróleo y química sintética intensiva en energía, el proceso de fabricación se ejecuta a temperatura y presión ambiente dentro de células vivas, impulsado por procesos metabólicos que las bacterias han evolucionado durante miles de millones de años.
La ciencia detrás de la vía
El plástico PET es un polímero hecho de unidades repetidas de ácido tereftálico y etilenglicol, vinculadas por enlaces de éster. Las bacterias diseñadas para expresar enzimas degradadoras de PET — construidas sobre el descubrimiento de bacterias que consumen plástico que ocurren naturalmente como Ideonella sakaiensis — pueden romper estos enlaces de éster y liberar los componentes monómeros de la cadena polimérica. El ácido tereftálico y el etilenglicol resultantes sirven como puntos de entrada a la vía biosintética diseñada.
La levodopa es un precursor de catecolamina que el cerebro humano convierte en dopamina, el neurotransmisor agotado en la enfermedad de Parkinson. Está biosintéticamente relacionada con el aminoácido aromático tirosina, que a su vez se deriva de intermedios de la vía de shikimato que las bacterias producen naturalmente como parte de su metabolismo normal. Al diseñar conexiones entre los productos de degradación de PET y la vía de shikimato, y de allí a la ruta biosintética de levodopa, los investigadores crearon una fábrica celular que convierte bloques de construcción químicos de plástico en un compuesto neurológicamente activo.
La ingeniería metabólica requerida para construir esta vía implicó múltiples pasos: expresar enzimas degradadoras de plástico, canalizar intermedios hacia la vía de shikimato, prevenir su desviación hacia rutas metabólicas competidoras, y expresar las enzimas posteriores necesarias para completar la síntesis de levodopa. Las herramientas modernas de ingeniería metabólica incluyendo edición de genoma basada en CRISPR y optimización de vías automatizadas permitieron al equipo construir e iterar la vía con una velocidad y precisión que no hubiera sido posible hace una década.
