BINDSCAN, disseny assistit d’enzims

Simulació de disseny d’un enzim in-silico

Dins del Departament de Bioenginyeria de IQS School of Engineering, la Unitat de Bioinformàtica i Modelització Molecular (BIOMMIQS) engloba les diferents línies de recerca computacionals que es duen a terme al Laboratori de Bioquímica. La unitat està especialitzada en l’anàlisi de dades genòmiques per cercar i identificar nous enzims i proteïnes amb propietats i activitats d’interès, així com en l’anàlisi d’estructures de proteïnes per analitzar-ne les seves propietats.

Una de les eines dissenyades per la unitat BIOMMIQS és BINDSCAN, una eina computacional que permet dissenyar i optimitzar enzims, per tal que siguin capaços de dur a terme reaccions químiques concretes sobre substrats no necessàriament naturals, com pot ser per exemple un intermedi de reacció en el procés de desenvolupament d’un principi actiu farmacèutic, o bé un polímer natural modificat.

El seu funcionament és el següent: partint d’un enzim natural (biocatalitzador) que ja s’utilitzi en una reacció concreta, l’eina genera virtualment (in-silico) mutacions d’aquest enzim inicial i selecciona aquelles mutacions que millor s’adapten a la reacció concreta que es vol catalitzar.

La seva forma d’operar és semblant a l’evolució natural al llarg del temps, però operada en un reduït espai de temps i de manera controlada, aplicant la selecció en la direcció desitjada. El resultat final és el codi genètic d’un nou enzim, no natural, optimitzat per dur a terme el procés concret d’interès.
 

Reptes i respostes

La principal aplicació de BINDSCAN és la de millorar el rendiment i l’eficiència de reaccions químiques que utilitzen biocatalitzadors, especialment quan es vol ampliar el ventall d’estructures químiques sobre les quals un enzim natural concret sigui bioactiu. Els enzims naturals són molt selectius per una estructura química concreta, la qual cosa els confereix molta eficiència, però alhora en limita la seva poca versatilitat per a ser emprats amb altres substrats químics. Aquesta selectivitat pot ser modificada mitjançant BINDSCAN, tot generant nous enzims no-naturals amb elevada eficiència.

Però també pot donar resposta a d’altres reptes, entenent el disseny assistit per ordinador com una contribució més a les metodologies actualment en ús (utilització d’enzims, processos químics sostenibles, etc.).

Parlem de:

• Economia circular, amb la possible re-valorització de subproductes
• Minimitzar l’impacte medi-ambientalamb implantació de processos bio-catalítics
• Reducció de costos productius
• Estalvi en el nombre d’experimentsen el procés de disseny d’un enzim, donat que es tracta d’una eina que funciona molt bé en tàndem amb el disseny experimental de laboratori

Sectors d’interès

Els serveis que ofereix la unitat BIOMMIQS, entre els que es troba BINDSCAN, estan adreçats a multitud de sectors industrials, com són:

Indústria biotecnològica

• producció de proteïnes/enzims recombinants
• modelització de sistemes cel·lulars
• anàlisi de genomes
• disseny de pèptids amb propietats biofísiques concretes
• avaluació d’afinitat entre molècules bioactives

Indústria química i de transformacions

• síntesi d'APIs

Indústria farmacèutica/biomèdica

• optimització de pèptids com agents terapèutics o en el disseny de vacunes
• anàlisi de genomes
• identificació de dianes terapèutiques
• modelització de receptors cel·lulars

Indústria de detergents

• identificació de nous enzims
• estabilitat d’enzims