Producción de esteroides mediante ingeniería de citocromos

Resumen

La producción industrial de esteroides resulta de gran interés para el sector farmacéutico debido al amplio rango de actividades terapéuticas que poseen estas moléculas y a su extendido uso clínico tanto en humanos como animales. Actualmente, los esteroides comerciales se producen por síntesis química o mediante una combinación de procesos químicos y de procesos de biotransformación con bacterias u hongos. Estas biotransformaciones se realizan partiendo directamente de materias primas de bajo coste como por ejemplo el colesterol o los fitosteroles o a partir de sintonas farmacéuticas. A pesar del enorme conocimiento actual sobre las tecnologías de ingeniería genética y metabólica, apenas se han realizado aportaciones para la mejora genética de los biocatalizadores empleados en la industria de los esteroides. Esto en parte se debe a que realizar mejoras genéticas dirigidas en muchos de los microorganismos utilizados no es sencillo porque no son suficientemente conocidos. Por ello demostrar que es posible el desarrollo de nuevos procesos de producción de compuestos esteroideos de interés farmacológico e industrial utilizando biocatalizadores modificados mediante técnicas de ingeniería genética ha sido el objetivo principal de esta Tesis Doctoral. En concreto el trabajo realizado se ha centrado en el desarrollo de procesos de biotransformación para producción de esteroides 11¿-hidroxilados y 11ß-hidroxilados de interés farmacológico e industrial a partir de sintonas y de materias primas de bajo coste, como colesterol y fitosteroles. En particular se han desarrollado corinebacterias recombinantes que portan la actividad 11¿-hidroxilasa del hongo Rhizopus oryzae mediante la clonación del sistema citocromo-reductasa (CYP-CPR). Estas bacterias han sido capaces de hidroxilar diferentes esteroides y generar moléculas de interés farmacológico o industrial como la 11¿OHandrostenediona, la 11¿OH-androstadiendiona, la 11¿OH-deoxicorticosterona, la 11¿OHprogesterona, la 11¿OH-testoterona, y la 11¿OH-deshidroepiandrosterona. Por otro lado se ha conseguido acoplar el sistema CYP-CPR de R. oryzae con la actividad 11¿- hidroxilasa a la cascada metabólica de micobacterias recombinantes productoras de androstenediona o androstadiendiona. De esta manera se ha conseguido producir 11¿OH-androstenediona o 11¿OH-androstadiendiona en un solo paso desde fitosteroles o colesterol. En relación con el desarrollo de biotransformaciones de 11ß-hidroxilación de esteroides se ha identificado y aislado el sistema CYP-CPR implicado en la 11ß-hidroxilación del hongo Cochliobolus lunatus. Para ello se han combinado los análisis bioinformáticos del genoma del hongo con estudios de qPCR para cuantificar la expresión génica inducida por esteroides. Con este sistema igual que en el caso anterior se han podido desarrollar corinebacterias y micobacterias recombinantes capaces de genera productos 11ß-hidroxilados. En particular se ha obtenido corticosterona a partir de deoxicorticosterona y cortisol a partir de cortexolona. A partir de estos resultados se ha puesto de manifiesto a modo de prueba de concepto que las micobacterias y las corinebacterias pueden ser buenos chasis para expresar sistemas CYP-CPR de hongos y que pueden desarrollarse procesos de biotransformación de esteroides a escala industrial.