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Desarrollo de un biocatalizador inmovilizado para la regeneración del cofactor S-Adenosilmetionina y su aplicación en alquilaciones enzimáticas mediadas por metiltransferasas (04/2024 - a la fecha)
Código: 2429-347 La metilación influye significativamente en las propiedades biológicas y fisicoquímicas de los compuestos orgánicos. Las estrategias tradicionales de alquilación presentan limitaciones en cuanto a la regioselectividad y estereoselectividad, lo que ha motivado el desarrollo de alternativas eficientes. En este contexto, el uso de metiltransferasas (MTs) es una alternativa prometedora. No obstante, el potencial de estas enzimas ha estado históricamente restringido por su alta especificidad de sustrato y su dependencia del cofactor S-adenosilmetionina (SAM) como cosustrato estequiométrico1 debido a que se trata de un reactivo químicamente complejo, costoso e inestable.2 Afortunadamente, en los últimos años se han desarrollado sistemas de regeneración de SAM destacando el basado en una haluro metiltransferasa de Chloracidobacterium thermophilum (ChtHMT), que permite sintetizar SAM a partir de S-adenosilhomocisteína (SAH) e ioduro de metilo.3 Este sistema ofrece ventajas significativas frente a alternativas previas, al requerir una única enzima y emplear un precursor accesible como el ioduro de metilo.
En este trabajo se propone el desarrollo de un derivado inmovilizado de ChtHMT, con el objetivo de facilitar su recuperación del medio de reacción y su reutilización, simplificando así la purificación de los productos finales. Paralelamente, se busca ampliar el repertorio de sustratos aceptados por las metiltransferasas NovO y CouO, mediante el diseño racional de mutantes con especificidad ampliada, con énfasis en la metilación de compuestos indólicos.
20 horas semanales
Coordinador o Responsable
En Marcha
RRHH formados en el proyecto:
Maestría/Magister:1
Doctorado:1
Financiación:
Comisión Sectorial de Investigación Científica, Uruguay, Apoyo financiero
Equipo:
Diego Umpierrez, Diego Umpiérrez (Responsable) , López Pérez, G. (Responsable) , VILA, M.A.; VILA, A. , G. IRAZOQUI , RODRÍGUEZ GIORDANO, S.
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Búsqueda de nuevas herramientas biocatalíticas para la diversificación estructural de compuestos bioactivos derivados del indol (07/2025 - a la fecha)
Código: FCE_3_2024_1_180834 Los núcleos indólicos son motivos estructurales abundantes en productos naturales
bioactivos, esto motiva el interés en su diversificación estructural tanto para el desarrollo de
nuevos compuestos bioactivos como para el estudio de los mecanismos de acción de
compuestos ya conocidos. En particular, muchas sustancias psicoactivas pertenecen al grupo
de los alcaloides indólicos, por ejemplo, psilocibina, dietilamina del ácido lisérgico (LSD),
dimetiltriptamina, ibogaína, entre otros. El interés en este grupo de compuestos deviene de su
potencial aplicación en el tratamiento de diversas enfermedades mentales como ansiedad,
depresión, estrés post-traumático, y adicciones. Muchos de estos compuestos han sido foco de
estudio del grupo del Dr. Carrera en Facultad de Química, y nuestro grupo de trabajo inició en
2022 la investigación en torno a la búsqueda de halogenasas y monooxigenasas capaces de
funcionalizar compuestos indólicos.
Observando las estructuras de estas moléculas, se destaca la presencia de átomos de oxígeno
y grupos metilo como sustituyentes sobre distintos átomos del núcleo indólico, lo cual sugiere
la importancia de ampliar las herramientas que permitan introducir estas modificaciones en
distintas partes de la estructura central, ya sea para proponer una síntesis más eficiente como
para generar una diversidad estructural que sea base para profundizar en el estudio de estas
sustancias y su potencial aplicación terapéutica.
A modo de continuar desarrollando y consolidando nuestra nueva línea de investigación, surge
la propuesta de este proyecto, donde se propone explotar el potencial genético de cepas
nativas del género Streptomyces para la obtención y estudio de nuevas metiltransferasas,
junto con la exploración de la capacidad de distintas dioxigenasas tipo Rieske disponibles en
nuestro laboratorio para aceptar como sustratos distintos derivados del indol en busca de
obtener compuestos metilados u oxidados en distintas posiciones. De esta manera buscamos
seguir aportando herramientas biocatalíticas aplicables a diversas rutas sintéticas de
compuestos bioactivos.
20 horas semanales
Coordinador o Responsable
En Marcha
RRHH formados en el proyecto:
Pregrado:2
Doctorado:1
Financiación:
Agencia Nacional de Investigación e Innovación, Uruguay, Apoyo financiero
Equipo:
Diego Umpierrez, Diego Umpiérrez (Responsable) , VILA, M.A.; VILA, A. (Responsable) , CARRERA, I. , Iglesias C. , RODRÍGUEZ GIORDANO, S. , G. IRAZOQUI , SIRI M.I. , GIORGI V.
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Desarrollo de herramientas biocatalíticas para la producción eficiente de alcaloides derivados de indoletilamina (05/2025 - a la fecha)
El estudio de alcaloides psicodélicos derivados de indoletilamina ha cobrado gran relevancia en los últimos años por considerarse con potencial aplicación en el tratamiento de diversas enfermedades mentales como ansiedad, depresión, adicciones, etc, por lo que se están desarrollando investigaciones en torno a estos compuestos desde muy diversas disciplinas. Existe gran interés en sintetizar los compuestos naturales y análogos estructurales, mediante metodologías eficientes que rindan cantidades suficientes del alcaloide puro, permitiendo así realizar la evaluación biológica y su potencial aplicación terapéutica. Si bien la biosíntesis de estos compuestos no ha sido dilucidada, la metilación de indoletilamina es central a la síntesis de los mismos. Desde la biocatálisis, surge como alternativa natural el uso de N-metiltransferasas; no obstante, estas enzimas presentan problemas asociados a rendimientos de síntesis muy bajos, especificidad de sustrato y dependencia de Sadenosilmetionina(SAM) como cofactor. Resulta así de sumo interés, el reporte reciente de una Nmetiltransferasa de Rhinella marina(RmNMT) que presenta cierto grado de promiscuidad en el reconocimiento del sustrato, lo que permitió obtener una serie de compuestos dimetilados derivados de indoletilamina. Sin embargo, los rendimientos de síntesis obtenidos son muy bajos, haciendo que en algunos casos no fuera posible la purificación del producto. En este proyecto se plantea el desarrollo de herramientas biocatalíticas eficientes para la producción de dimetiltriptamina y bufotenina, a partir de triptamina y serotonina respectivamente, utilizando biocatalizadores basados en RmNMT. Se propone el desarrollo dos estrategias biocatalíticas alternativas, que permitan mejorar los rendimientos de síntesis y por ende la cantidad de producto de interés en forma pura: i) inmovilización de RmNMT para generar un catalizador heterogéneo, que permita su recuperación del medio de reacción y posterior reutilización, simplificando el proceso, obteniendo un producto de mayor calidad en cuanto a su pureza, muchas veces con mejores rendimientos, generando una menor huella ambiental y reduciendo los costos. Dado que el cofactor SAM es un compuesto caro y relativamente inestable, se propone diseñar un sistema que acople la reacción catalizada por la RmNM-inmovilizada con un sistema de regeneración de SAM, utilizando halurometiltransferasa de Chloracidobacterium thermophilum inmovilizada, desarrollado en una etapa anterior a este proyecto, que partiendo de Ioduro de metilo y Sadenosilhomocisteina genera SAM e ioduro. ii) cultivos de alta densidad de cepas recombinantes de Escherichia coli que expresen RmNMT y su uso a escala de fermentador de 5 litros, aumentando la cantidad de enzima presente en el sistema y en consecuencia la cantidad de producto obtenido. Una 11ventaja del uso de célula entera es que la producción y regeneración de cofactores (SAM) está dada por el metabolismo celular, lo cual implica menores costos respecto a aquellos sistemas que requieren agregado exógeno de estos. En base a los estudios de ambos sistemas biocatalíticos, se establecerán las mejores condiciones para aplicar RmNMT en la síntesis de alcaloides derivados de indoletilamina, abriendo puertas a su utilización en la síntesis otros alcaloides que presenten diversidad estructural en su anillo indólico. De esta manera conjugaremos esfuerzos con otros grupos de nuestra institución en el estudio del potencial terapéutico de este grupo de compuestos
10 horas semanales
Integrante del Equipo
En Marcha
RRHH formados en el proyecto:
Pregrado:1
Doctorado:1
Equipo:
Diego Umpierrez, Diego Umpiérrez , G. IRAZOQUI (Responsable) , VILA, M.A.; VILA, A. (Responsable) , RODRÍGUEZ GIORDANO, S. , CARRERA, I. , Ana Belén GLORIA SENCIÓN
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Biocatálisis aplicada a la síntesis de radiotrazadores de utilidad en tomografía de emisión de positrones (PET) (06/2019 - 06/2022 )
Proyecto ganador del Premio L'Oreal UNESCO 2018
20 horas semanales
Laboratorio de Biocatalisis y Biotransformaciones, Laboratorio de Microbiología Molecular, Laboratorio de Bioquímica , Facultad de Química
Investigación
Integrante del Equipo
En Marcha
RRHH formados en el proyecto:
Pregrado:2
Maestría/Magister:1
Doctorado:1
Equipo:
Diego Umpierrez, Diego Umpiérrez , RODRÍGUEZ GIORDANO, S. (Responsable) , López Pérez, G. , Tijman, A. , Iglesias C. , PAOLA PANIZZA , G. IRAZOQUI , AGUSTÍN CASTILLA , ZOPPOLO F. , PORCAL, W. , SAVIO, E.
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Biocatálisis aplicada a la síntesis de radiotrazadores de utilidad en tomografía de emisión de positrones (PET) (10/2018 - 10/2021 )
Aplicación de procesos biocatalíticos para la síntesis de radiotrazadores
30 horas semanales
Laboratorio de Biocatálisis y Biotransformaciones, Área Bioquímica, Área Microbiologia , Facultad de Química
Investigación
Integrante del Equipo
En Marcha
RRHH formados en el proyecto:
Pregrado:1
Maestría/Magister:1
Financiación:
Agencia Nacional de Investigación e Innovación, Uruguay, Apoyo financiero
Equipo:
Diego Umpierrez, Diego Umpiérrez , RODRÍGUEZ GIORDANO, S. (Responsable) , G. IRAZOQUI , ZOPPOLO F. , PORCAL, W. , SAVIO, E. , López Pérez, G. , Tijman, A. , AGUSTÍN CASTILLA , Iglesias C. , PAOLA PANIZZA
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Producción de novedosos cis-ciclohexadienoles utilizados como materiales de partida en síntesis orgánica (12/2015 - 09/2018 )
Proyecto que involucra el trabajo con tolueno y naftaleno dioxigenasa, desarrollando mutantes y caracterizando nuevos biocatalizadores para la síntesis de dioles quirales a partir de arenos
20 horas semanales
Facultad de Química , Laboratorio de Biocatálisis y Biotransformaciones
Investigación
Integrante del Equipo
Concluido
RRHH formados en el proyecto:
Pregrado:1
Maestría/Magister:1
Financiación:
Agencia Nacional de Investigación e Innovación, Uruguay, Apoyo financiero
Equipo:
Diego Umpierrez, Diego Umpiérrez , CARRERA, I. (Responsable) , RODRÍGUEZ GIORDANO, S. , VILA, M.A.; VILA, A.