La española Silvia Osuna diseña enzimas a velocidad cuántica

El sector farmacéutico está a punto de dar un salto casi cuántico gracias a la investigación del equipo dirigido por Silvia Osuna, doctora en Química por la Universidad de Girona, que puede acelerar en billones de veces la velocidad de la fabricación de medicamentos.

Osuna está especializada en el estudio de procesos bioquímicos relacionados con la catálisis enzimática y el desarrollo de simulaciones y nuevas herramientas computacionales para el diseño de enzimas, una materia de mucho interés para la industria farmacéutica.

Utiliza enzimas naturales -se encuentran tanto en el cuerpo humano como en plantas, árboles, bacterias y microorganismos-, y predice mediante simulaciones los cambios necesarios sobre su estructura para que, con reducidas pruebas experimentales, se puedan generar en el laboratorio enzimas más precisas y efectivas, y acelerar así el proceso de fabricación de medicamentos.

Las enzimas son biomoléculas, proteínas formadas por cadenas de aminoácidos, que aceleran las reacciones moleculares. Actualmente, la industria farmacéutica ya utiliza catalizadores en los procesos de fabricación, pero ni son tan eficientes ni tan sostenibles como los que investiga Osuna.

"El proceso de fabricación basado en enzimas se realiza en agua, a baja presión y temperatura. Estas condiciones son muy favorables si se comparan con las drásticas temperaturas, presiones y disolventes orgánicos de los catalizadores que utiliza la industria. Por lo tanto, el proceso de fabricación es más sostenible y sobre todo más rápido", explica Osuna.

Además, añade, "tal y como se realiza ahora, el producto final requiere también de purificación para separar aquellas moléculas no deseadas que se han creado en el proceso de fabricación. Este inconveniente, que encarece la producción, también lo hemos eliminado".

El equipo de Osuna, a través de las simulaciones por ordenador, es capaz de identificar qué partes de la estructura de la enzima pueden modificarse para favorecer una determinada reacción o reconocer otros substratos que puedan tener interés industrial.

Osuna sigue el hilo de la investigación de la premio Nobel de Química 2018, la norteamericana Frances H. Arnold, "muy interesante, pero que resultaba muy costosa para la industria porque todos los cambios en la estructura de la enzima se realizaban en el laboratorio, y es necesario hacer muchísimas hasta dar con la modificación más eficaz", explica. Su equipo realiza las combinaciones posibles a través del ordenador y solo aquellas que se perciben como más prometedoras, efectivas y posibles se llevan al laboratorio.  

Este proceso de diseño de enzimas puede aplicarse a todo tipo de fármacos. "Estamos centrados en desarrollar nuevas herramientas muy precisas, capaces de predecir qué enzimas serán las más eficaces para fabricar cada tipo de medicamento", afirma.

El diseño se inicia en el momento que se determina el tipo de reacción necesaria para obtener el medicamento deseado. "Si no existe una enzima natural que sea capaz de acelerar la reacción, buscamos cómo modificar el lugar donde ésta se produce (centro activo), introduciendo cambios en los aminoácidos que lo componen. Este proceso no es sencillo y, además, a menudo las moléculas de interés industrial resultan demasiado grandes para el tamaño del centro activo de las enzimas".

El diseño a través del ordenador facilita y agiliza la búsqueda de las modificaciones necesarias para que las moléculas de interés industrial se adapten a la enzima.

Aunque el proceso es aplicable a la fabricación de cualquier medicamento, son sin duda los más costosos los primeros que podrían beneficiarse de la innovación. Fármacos para patologías oncológicas, esclerosis múltiple o enfermedades raras podrían fabricarse a una velocidad de vértigo, con un coste muy inferior.

Y dado el momento actual, a nadie se le escapa que la simulación computacional para el diseño de nuevas enzimas podría ser muy beneficiosa a nivel mundial para acelerar la fabricación de la tan esperada vacuna del Covid-19, de manera sostenible, reduciendo ostensiblemente los costes de producción e incidiendo en su precio final, aunque este aspecto depende de las empresas farmacéuticas.

De momento, diversas firmas del sector -algunas norteamericanas- ya se han interesado en la aplicación de la innovación, que se encuentra en fase de prueba.

Osuna lleva a cabo la investigación en el marco del proyecto Starting Grant del Consejo Europeo para la Investigación. Profesora de investigación ICREA en el Instituto de Química Computacional y Catálisis (IQCC) de la Universidad de Girona, ha recibido el Premio Nacional de Investigación al Talento Joven 2019, otorgado por la Fundació Catalana per a la Recerca.