La Unidad de Bioinformática y Modelización Molecular del Laboratorio de Bioquímica de IQS ha desarrollado la herramienta BINDSCAN, para diseñar y optimizar enzimas, que permiten llevar a cabo reacciones químicas concretas sobre distintos sustratos.
Simulación de diseño de un enzima in-silico
Dentro del Departamento de Bioingeniería de IQS School of Engineering, la Unidad de Bioinformática y Modelización Molecular (BIOMMIQS) engloba las distintas líneas de investigación computacional que se llevan a cabo en el Laboratorio de Bioquímica. La unidad está especializada en el análisis de datos genómicos para buscar e identificar nuevos enzimas y proteínas como propiedades y actividades de interés, así como en el análisis de estructuras de proteínas para analizar sus propiedades.
Una de las herramientas diseñadas por la unidad BIOMMIQS es BINDSCAN, una herramienta computacional que permite diseñar y optimizar enzimas, para que sean capaces de llevar a cabo reacciones químicas concretas sobre sustratos no necesariamente naturales, como puede ser un intermedio de reacción en el proceso de desarrollo de un principio activo farmacéutico, o bien un polímero natural modificado.
Su funcionamiento es el siguiente: partiendo de un enzima natural (biocatalizador) que ya se utiliza en una reacción concreta, la herramienta genera virtualmente (in-silico) mutaciones del enzima inicial y selecciona aquellas mutaciones que mejor se adaptan a la reacción concreta que se quiere catalizar.
Su forma de operar es similar a la evolución natural a lo largo del tiempo, pero operada en un reducido espacio de tiempo y de forma controlada, aplicando la selección en la dirección deseada. El resultado final es el código genético de un nuevo enzima, no natural, optimizado para llevar a cabo el proceso concreto.
Retos y respuestas
La principal aplicación de BINDSCAN es la de mejorar el rendimiento y la eficiencia de reacciones químicas que utilizan biocatalizadores, especialmente cuando se quiere ampliar el abanico de estructuras químicas sobre las cuales sea bioactivo un enzima concreto. Los enzimas naturales son muy selectivos para una estructura concreta, lo cual les confiere mucha eficiencia, pero a la vez limita su poca versatilidad para ser empleados con otros sustratos químicos. Esta selectividad puede ser modificada mediante BINDSCAN, generando nuevos enzimas no-naturales con elevada eficiencia.
Pero también puede dar respuesta a otros retos, entendiendo el diseño asistido por ordenador como una contribución más a las metodologías actualmente en uso (utilización de enzimas, procesos químicos sostenibles, etc.). Hablamos de:
- Economía circular, con la posible revalorización de residuos.
- Minimizar el impacto medioambiental con la implantación de procesos bio-catalíticos
- Reducción de costes productivos
- Ahorro en el número de experimentos en el proceso de diseño de un enzima, dado que se trata de una herramienta que funciona muy bien en tándem con el diseño experimental de laboratorio
Sectores de interés
Los servicios que ofrece la unidad BIOMMIQS, entre los que se encuentra BINDSCAN, están dirigidos a multitud de sectores industriales, como son:
Industria biotecnológica
- Producción de proteínas/enzimas recombinantes
- Modelización de sistemas celulares
- Análisis de genomas
- Diseño de péptidos con propiedades biofísicas concretas
- Evaluación de afinidad entre moléculas bioactivas
Industria química y de transformaciones
- Síntesis de APIs
Industria farmacéutica/biomédica
- Optimización de péptidos como agentes terapéuticos o en el diseño de vacunas
- Análisis de genomas
- Identificación de dianas terapéuticas
- Modelización de receptores celulares
Industria de detergentes
- Identificación de nuevos enzimas
- Estabilidad de enzimas