¿Pueden los ingenieros genéticos crear enzimas sintéticas para enfocarse en sustratos específicos?

De hecho, es posible crear enzimas que catalicen una reacción arbitraria, generalmente mediante la modificación del armazón de una enzima natural, ya sea a través del diseño racional o la evolución dirigida (esta última opción parece dar mejores resultados). Sin embargo, no es un procedimiento de rutina y el diseño de dicha proteína es largo y difícil. Las herramientas computacionales probablemente ayudarán mucho en ese campo, en los próximos años.

Sin embargo, hay limitaciones importantes. Notablemente:

Leyes de la física Obviamente, tienes que “seguir las reglas”, y una enzima sintética no puede catalizar reacciones que están prohibidas por la termodinámica, por ejemplo. A veces hay formas de eludir tales problemas aumentando la complejidad de las reacciones químicas (por ejemplo, una reacción “A + B = C” no es factible pero “A + B + X = C + Y” está bien) pero, por supuesto , que también complejiza el diseño de la proteína.

Optimización En general, las enzimas naturales son eficientes. Y quiero decir … MUY eficiente. Por ejemplo, la actividad de la catalasa (una enzima natural que degrada el peróxido de hidrógeno) solo está limitada por la velocidad a la que su sustrato se difunde y se encuentra con la proteína, que se denomina “perfección catalítica”. La reacción en sí es tan eficiente que la duración de la reacción en sí es insignificante. Imagine una fábrica cuyo índice de producción está limitado solo por la velocidad a la que proporciona las materias primas. Bastante limpio, ¿verdad? Entonces, para diseñar buenas enzimas, es decir, enzimas que tengan un efecto relevante incluso a bajas concentraciones, debes crear moléculas que se adapten perfectamente a la tarea. En otras palabras, la bioquímica establece el estándar para “lo suficientemente bueno” muy, muy alto. Eso significa que necesita crear una enzima y luego optimizar mucho el diseño. Cada detalle, incluso un solo átomo importa.

Farmacocinética . Parece que haces la pregunta desde la perspectiva de los tratamientos médicos. Eso significa que la distribución, la actividad in vivo y la estabilidad son factores clave a considerar. Eso es cierto con todas las drogas, pero los desafíos son más importantes si se consideran las enzimas sintéticas. Distribución, primero, ya que necesita encontrar una forma de dirigir la proteína al sitio de interés; es posible que deba asegurarse de que sus enzimas penetren en un tipo específico de célula, por ejemplo, lo que realmente no es tan fácil. Luego, donde sea que vaya, debe asegurarse de que la proteína permanezca activa en ambientes a veces muy variables, por lo que la actividad in vitro no significa que alcanzará el mismo nivel de actividad y especificidad in vivo. Finalmente, es probable que las enzimas sintéticas sean reconocidas como material extraño por el huésped y podrían eliminarse muy rápidamente, por lo que la estabilidad podría ser un problema.

Asi que…

TL; DR: Sí, pero no es tan fácil.