Investigadores del CIC bioGUNE -miembro de BRTA- han participado en un proyecto de investigación, liderado por el Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPICI), que ha logrado diseñar por primera vez una secuencia de carbohidratos capaz de plegarse en una estructura secundaria estable. Hasta ahora, los azúcares se consideraban demasiado flexibles para asumir una conformación estable y solo se habían desarrollado biopolímeros autoplegables para proteínas y ADN.
En su reciente artículo publicado en la revista Nature Chemistry, la Dra. Delbianco y su equipo de colaboradores entre los que se encuentra Jesús Jiménez Barbero, director científico del CIC bioGUNE y Profesor de Investigación Ikerbasque, han demostraron que es posible diseñar glicanos que adopten una conformación estable específica. Han vinculado motivos naturales de azúcar para generar una forma que no existe en la naturaleza, que se asemeja a una horquilla. En un enfoque similar al usado en el Lego, han conectado dos varillas lineales que contienen fragmentos de celulosa (en azul en la imagen) a un giro de glicano rígido (en verde en la imagen) para obtener una nueva forma no natural.
“Los carbohidratos se pueden generar con formas programables, lo que abre la posibilidad de dotar a los glicanos de nuevas propiedades y funciones”, señala la doctora Martina Delbianco. La estructura se preparó rápidamente utilizando la metodología conocida como "Automated Glycan Assembly" (AGA), un proceso en el que los monosacáridos se conectan mediante un sintetizador automatizado para generar secuencias de polisacáridos a medida.
Para revelar la estructura tridimensional de la molécula diseñada, se han utilizado una gran cantidad de metodologías, especialmente Resonancia Magnética Nuclear (RMN). Estos experimentos se han realizado esencialmente en el grupo de Glicobiología Química de CIC bioGUNE. "La estructura 3D de una biomolécula determina su función. Esto podría significar, por ejemplo, que en el futuro podríamos usar azúcares plegados como medicamentos, como catalizadores para realizar transformaciones químicas específicas o como unidades estructurales para la creación de nanomateriales", dice el Dr. Martina Delbianco.
Los carbohidratos constituyen aproximadamente el 80% de la biomasa de nuestro planeta -la mitad en tierra y la otra mitad en el mar-. Sin embargo, sus propiedades materiales aún son poco conocidas. Así como el conocimiento sobre proteínas naturales ha sido utilizado para diseñar secuencias de péptidos sintéticos que podrían adoptar formas 3D programables y realizar funciones específicas como, por ejemplo, la producción de fármacos y materiales de nanotecnología, los avances científicos generados por esta investigación pueden proporcionar aún más oportunidades, debido a su mayor abundancia y diversidad en comparación con los péptidos. “Mediante esta investigación multidisciplinar hemos abierto nuevos horizontes para diseñar y preparar nuevas moléculas sostenibles basadas en carbohidratos y conocer su estructura en tres dimensiones. Ahora debemos aprender a modular sus propiedades a voluntad y aplicarlas en nanotecnología y biomedicina”, añade el Dr. Jesús Jiménez-Barbero.
Descripción de la imagen: Dos varillas lineales de fragmentos de celulosa (en azul) se han conectado a un giro rígido de glicano (en verde), lo que resulta en una forma tridimensional que no existe en la naturaleza, una horquilla de glicano.
Referencia: Nature Chemistry. DOI: 10.1038/s41557-023-01255-5
Sobre Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPICI)
El Max Planck Institute of Colloids and Interfaces (MPICI), ubicado en Potsdam (Alemania), es una organización de investigación especializada en química y biología de carbohidratos, así como en nano y microestructuras, con un enfoque particular en aprender de la naturaleza cómo construir materiales jerárquicos o sistemas activos con nuevas funcionalidades, con propiedades adaptativas, autocurativas o autoensamblables.
El Centro de Investigación Cooperativa en Biociencias (CIC bioGUNE), miembro del Basque Research & Technology Alliance (BRTA), con sede en el Parque Científico Tecnológico de Bizkaia, es una organización de investigación biomédica que desarrolla investigación de vanguardia en la interfaz entre la biología estructural, molecular y celular, con especial atención en el estudio de las bases moleculares de la enfermedad, para ser utilizada en el desarrollo de nuevos métodos de diagnóstico y terapias avanzadas.
BRTA es una alianza formada por 4 centros de investigación colaborativa (CIC bioGUNE, CIC nanoGUNE, CIC biomaGUNE y CIC energiGUNE) y 12 centros tecnológicos (Azterlan, Azti, Ceit, Cidetec, Gaiker, Ideko, Ikerlan, Lortek, Neiker, Tecnalia, Tekniker y Vicomtech) que tienen el objetivo de desarrollar soluciones tecnológicas avanzadas para el tejido empresarial vasco.
Con el apoyo del Gobierno Vasco, el Grupo SPRI y las Diputaciones forales de los tres territorios, la alianza busca impulsar la colaboración entre los centros que la integran, reforzar las condiciones para generar y transmitir conocimiento a las empresas con la intención de contribuir a su competitividad y proyectar la capacidad científico-tecnológica vasca en el exterior.
BRTA cuenta con una plantilla de 3.500 profesionales, ejecuta el 22% de la inversión en I+D de Euskadi, registra una facturación anual superior a los 300 millones de euros y genera 100 patentes europeas e internacionales al año.
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