Empleo de 2-desoxirribosa-5-fosfato aldolasa en la síntesis de intermediarios de potenciales compuestos farmacológicos

Abstract

La Biocatálisis ofrece importantes ventajas respecto a la síntesis química tradicional, en especial en cuanto a su alta eficiencia, altos rendimientos, alta estereo-, regio- y quimioselectividad y a la baja formación de subproductos. Adicionalmente, el uso de biocatalizadores implica reacciones con bajo impacto ambiental, ya que se utilizan condiciones suaves, no corrosivas y no tóxicas. En particular, la estereoselectivdad de las reacciones es extremadamente importante en la industria farmacéutica y actualmente es uno de los mayores desafíos de la síntesis orgánica, ya que la quiralidad es un factor clave en la seguridad y eficacia de la mayoría de las drogas. La reacción de adición aldólica resulta ser uno de los métodos más poderosos para la formación de uniones C-C. Dicha construcción, realizada con un completo control estereoquímico es una meta muy deseada dentro de la síntesis orgánica y en este sentido, los procesos biocatalizados proveen rutas alternativas de gran potencialidad. Las aldolasas catalizan la reacción aldólica reversible y estereoespecífica entre compuestos carbonílicos formando β-hidroxicetonas o β-hidroxialdehídos quirales. El empleo de aldolasas ha permitido la preparación de diversos precursores sintéticos de productos farmacológicamente activos, entre ellos, drogas anticolesterolémicas conocidas como estatinas. En este contexto, el objetivo principal de esta Tesis fue la obtención, mediante caminos biocatalizados por 2-desoxirribosa 5-fosfato aldolasa (DERA), de intermediarios y/o precursores de análogos de nucleósidos con actividad farmacológica. En particular se propuso como objetivos específicos el desarrollo de nuevos biocatalizadores basados en DERAs de diferentes fuentes microbiológicas (modificadas genéticamente) y la obtención de 2-desoxirribosa 5-fosfato (DR5P) como intermediario de síntesis de nucleósidos modificados y de 2,4,6-tridesoxi D-eritro-hexapiranosas sustituidas como precursores de nuevos análogos de estatinas, con el fin de testar su actividad catalítica. En el primer capítulo se presenta la introducción general a los temas que se abordaron en la Tesis doctoral. En él se describe brevemente la importancia de los compuestos ópticamente puros y las metodologías de síntesis que pueden ser empleadas para obtenerlos. Se analizan las ventajas y desventajas de cada metodología, y cómo la síntesis biocatalizada de este tipo de compuestos ha tomado importancia en la industria. En particular, la discusión se centra en la reacción de adición aldólica, comparando las ventajas que implica el uso de biotransformaciones respecto a la síntesis química tradicional. Luego, se describen los diferentes tipos de aldolasas, principalmente la aldolasa dependiente de acetaldehído, DERA. Enfocados en la síntesis de drogas para el control de colesterol en sangre, en este capítulo también se resumen los antecedentes existentes relacionados con la síntesis química y biocatalizada de estatinas. En el segundo capítulo se describen los objetivos de la Tesis doctoral acompañados por la definición del problema y las hipótesis que dieron lugar al trabajo experimental. El tercer capítulo detalla la puesta a punto de los biocatalizadores que posteriormente fueron utilizados en el resto de la Tesis. Se puso a punto la expresión de tres DERAs de distinto género – dos de Pectobacterium atrosepticum y una de Lactobacillus brevis-, las cuales estaban modificadas genéticamente para obtener una mayor resistencia a su sustrato natural, acetaldehído, e incrementar, de esta forma, la productividad. En primer lugar, se llevó a cabo la optimización del crecimiento de los microorganismos y se puso a punto la expresión y purificación de las enzimas correspondientes. A su vez, fue seleccionada y optimizada la metodología por la cual se midió actividad enzimática. En el cuarto capítulo se desarrolla la síntesis biocatalizada de desoxirribosa-5-fosfato (DR5P) a partir de distintos sustratos y las DERAs obtenidas previamente, y se describe su utilidad como intermediario en la preparación de nucleósidos modificados. Se aborda, además, la temática relacionada con la selección del biocatalizador más adecuado para cada caso, evaluando el uso de enzimas, extractos libres de células o células enteras. En el quinto capítulo se describe la puesta a punto de la síntesis de 2,4,6-tridesoxi D-eritro-hexapiranosa. Para tal fin se llevaron a cabo reacciones de adición aldólica biocatalizadas por las DERAs antes descriptas, utilizando acetaldehído como dador y aceptor. Este capítulo se encuentra estrechamente ligado al sexto capítulo, en el cual, habiendo determinado la cantidad máxima de acetaldehído tolerada, se llevaron a cabo adiciones aldólicas utilizando acetaldehído como dador nucleofílico y diversos aldehídos como aceptores. Entre los aldehídos aceptores se destaca la utilización de derivados aldehídicos de bases nitrogenadas (N-1-(2-oxoetil) timina, N-9-(2-oxoetil)adenina y N-1-(2-oxoetil) citosina. En el séptimo capítulo, se describen metodologías químicas y biocatalizadas para la oxidación de los productos obtenidos en los dos capítulos anteriores. La oxidación de los lactoles a las correspondientes lactonas genera una nueva familia de estatinas, cuyas actividades biológicas serán evaluadas a futuro. Finalmente, en el octavo capítulo se exponen las conclusiones y los logros obtenidos durante este trabajo doctoral.