Un equip científic ha reconstruït en cèl·lules de llevat la via de síntesi de l’àcid carnòsic, un potent antioxidant natural que es troba en plantes mediterrànies com el romaní (Rosmarinus officinalis) i la sàlvia (Salvia sp.). La troballa s’ha publicat a la revista científica Nature Communications.

 

L’àcid carnòsic, en concret, és també el precursor biosintètic d’altres molècules bioactives com les tanshinones de la planta Salvia miltiorrhiza, unes molècules d’interès biomèdic per la seva potencial activitat antitumoral.

 

 

Rutes de síntesi al laboratori per protegir les poblacions de plantes

 

Moltes plantes són capaces de sintetitzar una gran diversitat de metabòlits secundaris, que són la font de noves molècules amb activitat farmacològica. L'explotació intensiva d'aquests recursos pot posar en risc les poblacions naturals de les espècies productores, motiu pel qual és important elucidar i reconstruir en altres organismes les rutes metabòliques que puguin produir compostos actius d'interès farmacològic sense amenaçar les espècies naturals.

 

Amb aquest objectiu s’ha dut a terme aquest estudi, que forma part del projecte Plant terpenoids for human health: a chemical and genomic approach to identify and produce bioactive compounds (TERPMED), amb finançament de la Unió Europea, i coordinat per Albert Ferrer, catedràtic del Departament de Bioquímica i Fisiologia de la Universitat de Barcelona i membre del Centre de Recerca en Agrigenòmica (CRAG). El treball és el resultat de la col·laboració dels equips dels professors Alain Tissier (Institut Leibniz de Bioquímica Vegetal, Alemanya); Albert Ferrer i David Manzano (Facultat de Farmàcia i Ciències de l’Alimentació de la UB i el CRAG), i Angelos Kanellis (Universitat Aristotèlica de Tessalònica, Grècia).

 

Lluitant contra les malalties amb productes naturals

 

El romaní i la sàlvia són plantes aromàtiques que sintetitzen àcid carnòsic i carnosol, dos diterpens fenòlics que són objecte de recerca per les seves propietats antioxidants, antimicrobianes, antiinflamatòries i antitumorals, i també com a potencials agents terapèutics per prevenir i tractar les malalties neurodegeneratives.

 

Fins ara, la bibliografia científica havia proposat algunes vies de síntesi química d’aquestes molècules, uns processos que generalment són llargs i complexos. El nou estudi obre la possibilitat d’explorar l’ús dels cultius de llevat —i també d’altres organismes com ara plantes— com a biofactories per produir a escala industrial aquestes dues molècules bioactives d’alt valor afegit. Actualment, l’àcid carnòsic i el carnosol s’empren principalment en l’àmbit de l’alimentació i la cosmètica per la seva potent activitat antioxidant i antimicrobiana. A més, han estat aprovats com a additius alimentaris per la Unió Europea, la Xina i el Japó.

 

Tal com explica el professor Albert Ferrer, «el treball publicat a Nature Communications també posa de manifest el potencial que mostra l’aproximació de bioquímica combinatòria aplicada en el llevat per esbrinar la via de síntesi de l’àcid carnòsic com a metodologia per elucidar les vies de síntesi i produir altres terpens relacionats d’interès biotecnològic».

 

Desxifrant la via de síntesi de l’àcid carnòsic

 

En el nou article, l’equip científic ha identificat els enzims que catalitzen la conversió d’un terpenoide natural (abietatriè) en àcid carnòsic, i descriu la posterior reconstrucció en cèl·lules de llevat de la via de síntesi completa de l’àcid carnòsic a partir d’un precursor estructural comú dels diterpens, el geranilgeranil difosfat.

 

En concret, els experts han identificat i caracteritzar els enzims 11-hidroxiferruginol sintasa de Rosmarinus officinalis i Salvia fruticosa (una molècula que catalitza l’oxidació seqüencial de l’abietatriè a ferruginol, i d’aquesta molècula a l’11-hidroxiferruginol), i C20-oxidasa, que transforma aquest últim intermediari en àcid carnòsic mitjançant tres reaccions d’oxidació consecutives. L’equip ha reconstruït per complet la via de síntesi de l’àcid carnòsic, que espontàniament s’oxida a carnosol, a través de la coexpressió en cèl·lules de llevat d’aquests dos enzims, que són membres de la família dels citocroms P450, i dels quals sintetitzen el precursor abietatriè a partir del geranilgeranil difosfat.

 

Mitjançant una aproximació de mutagènesi dirigida, basada en el modelatge molecular, també s’ha pogut establir que el canvi de només tres aminoàcids és suficient per transformar l’enzim ferruginol sintasa de S. miltiorrhiza —que només pot sintetitzar ferruginol a partir d’abietatriè— en una 11-hidroxiferruginol sintasa equivalent a les de R. officinalis i S. fruticosa.