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En busca de nuevas biomoléculas


Por Marytere Narváez

Mérida, Yucatán. 17 de octubre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Con el objetivo de generar nuevas biomoléculas que puedan funcionar como agentes terapéuticos y como biomateriales, María Antonieta Fernández Herrera, investigadora del Departamento de Física Aplicada de la unidad Mérida del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), lidera diversos proyectos enfocados en la combinación de efectos de conjugados y glicoconjugados con esteroides, carbohidratos y aminoácidos.

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En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, Fernández Herrera señaló que a finales de los años setenta se descubrió una serie de esteroides que promovían el crecimiento vegetal con más potencia de lo que lo hacían las giberelinas, las oxinas y el ácido abscísico, que se obtienen de fuentes naturales en cantidades mínimas y utilizan mucho material vegetal en el proceso.

“Hemos tratado de hacer análogos de esos compuestos que pueden tener una actividad similar o mayor pero que el costo de producción de la síntesis es mucho menor al de los procesos naturales ”, apuntó.

De esta manera, se han sintetizado compuestos de crecimiento vegetal muy potentes que se están probando en el Jardín Botánico Universitario de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), con la colaboración de Maricela Rodríguez Acosta, directora del Jardín Botánico. Los compuestos se han probado en maíz, frijol, arroz, calabaza y jitomate, a nivel de laboratorio y de invernadero. 

Actualmente, con la colaboración de productores del estado de Campeche, se realiza una evaluación de las condiciones de campo en cultivos de papaya Maradol, donde se han obtenido resultados favorecedores.

Sapogeninas y síntesis orgánica

El laboratorio se especializa en la metodología de síntesis orgánica tradicional, que involucra reacciones de carbohidratos, protecciones, desprotecciones, acoplamientos y apertura, entre otros aspectos. De manera particular, Fernández Herrera emplea sapogeninas esteroidales como materias primas. Para esto, ha desarrollado un método muy ventajoso para obtener compuestos de interés de sus cadenas laterales. “Encontramos que la cadena lateral de las sapogeninas se abre hacia una espirocetálica muy activa mediante una citólisis catalizada con ácido de Lewis. Entonces es una reacción rápida que se lleva a cabo a baja temperatura y que da muy buenos rendimientos”, apuntó.

Sintesis de biomoleculas5 1716Los resultados de este trabajo fueron publicados en la revista científica Organic Letters a principios de 2016, a partir de lo que se han sintetizado moléculas de interés cuyas cadenas son análogas con un esteroide muy activo de origen natural que se ha empleado para estudios de cáncer, por lo que ha fungido como uno de los principales modelos del laboratorio.

En palabras de la investigadora, la síntesis es complicada y tiene un alto costo. Para esto, el laboratorio se ha equipado de manera gradual y, recientemente, con el apoyo de Infraestructura Científica del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), se adquirió un reactor de microondas, un espectrofotómetro de infrarrojo (FTIR), un polarímetro y un cromatógrafo Flash, automatizando gran parte del trabajo.

De los esteroides a los carbohidratos

Fernández Herrera se formó en química orgánica con especialidad en el área de productos naturales y de síntesis orgánica en la BUAP, tras lo que realizó una estancia posdoctoral en Simon Fraser University con el investigador Mario Pinto, en el área de carbohidratos, glicoquímica y glicobiología.

Después de haber trabajado con esteroidales, la investigadora se interesó en el trabajo de carbohidratos, los cuales tienen un alto grado de complicación debido a que son moléculas con muchos grupos de hidroxilos que deben protegerse, desprotegerse y acoplar selectivamente.

Posteriormente, la investigadora se especializó en conjugados. “Hemos observado que ciertos grupos de productos naturales son activos por sí mismos, por lo que en conjunto suelen ser más activos, y de ahí empezó la idea de hacer conjugados de esteroides, carbohidratos y aminoácidos para potenciar la actividad de estas moléculas”, apuntó.

En diversos artículos publicados en el laboratorio, se ha encontrado que en la mayoría de los casos al transformar los grupos funcionales se obtiene como resultado una mejor actividad. Entre sus ventajas, se ha observado que los esteroides son hidrofóbicos, pero al conjugarse con carbohidratos y aminoácidos se les confiere una parte hidrofílica, y en pruebas realizadas en cáncer, esto ayudó a los compuestos a permear membranas.

“Observamos qué grupos funcionales nos dan una buena actividad en comparación con otros y los conjugamos para ver si en conjunto trabajan mejor o tienen una actividad sinérgica. No todo sale como quisiéramos, hay moléculas que definitivamente no tienen buena actividad, así que buscamos las que sí la tienen, y todo esto lleva tiempo”, apuntó.

Colaboraciones con grupos interdisciplinarios

Herrera Fernández se encarga de realizar la síntesis química y el diseño de moléculas, buscando grupos funcionales que tengan una similitud de acuerdo con la actividad biológica que desea evaluarse, y ya que se obtienen las familias de varios compuestos, se colabora con otros grupos de investigación para realizar las pruebas biológicas.

En la unidad Mérida del Cinvestav, Herrera Fernández colabora en trabajos sobre pepino de mar con Rossanna Rodríguez Canul, investigadora del Departamento de Recursos del Mar. “Esta colaboración va en dos vías, nosotros hacemos caracterización de saponinas que ellos obtienen del pepino de mar y la idea con ellos es hacer actividad antiinflamatoria y cicatrizante a partir de mis compuestos”, comentó Herrera Fernández.

De igual manera, la investigadora colabora con el Departamento de Recursos del Mar para realizar análisis en cáncer con el Laboratorio de Nutrición Acuícola, enfocándose en la actividad antiinflamatoria, antifúngica y neuroprotectora.

Sintesis de biomoleculas1716María Antonieta Fernández Herrera.En colaboración con el Instituto de Microbiología de la BUAP, se realizan estudios biológicos orientados a la actividad antifúngica a partir de cepas de Candida. El laboratorio del instituto cuenta con muchas cepas de Candida —incluida la Candida albicans— en las que se están probando los compuestos que contienen anillos de pirrol.

En colaboración con el investigador Gabriel Merino Hernández, responsable del Laboratorio de Físico Química Computacional del Cinvestav, se comprueban diversos mecanismos de reacción y resonancia magnética nuclear.

De acuerdo con la investigadora, cuando estos compuestos se sintetizan se encuentran mecanismos de reacción no previstos que, desde el punto de vista orgánico, pueden tener una respuesta. Sin embargo, se requiere un soporte teórico para reforzar las estimaciones de los parámetros. Mediante métodos computacionales, los investigadores del laboratorio de Merino Hernández se encargan de estudiar los mecanismos de reacción, tomando como base las propuestas de la investigadora y de la literatura, a partir de lo que se han obtenido resultados interesantes.

Resonancia magnética y pruebas de neuroquímica

Debido a que las moléculas que se realizan en el laboratorio son complejas y de un tamaño considerable, se realiza un espectro de resonancia magnética nuclear que permite observar un gran número de señales, asignando cada una a cada carbón y a cada hidrógeno.

Cuando se presentan discrepancias entre centros difíciles de asignar, se recurre a un análisis computacional para calcular el espectro de resonancia de una molécula a través de un método con gran precisión.

“Con ese método y esa precisión se hace un comparativo de la asignación que hacemos nosotros con el espectro experimental de la molécula y vemos si estamos bien o hay algunas diferencias. Esto para asegurar que la asignación de la molécula es la correcta y evitar errores en la asignación”, apuntó Herrera Fernández.

Algunos de los compuestos analizados han sido estudiados en cerebros de ratones para conocer el efecto que tienen en las neuronas. En algunos casos, estos compuestos promovieron el crecimiento dendrítico, por lo que se han catalogado como neuroprotectores.

En una fase futura de la investigación, se podrá indagar cuál es su efecto en los padecimientos como Alzheimer y Parkinson, enfermedades neurodegenerativas que afectan, en primera instancia, las células del cerebro.

 

 

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