Trabalho publicado na Nature Chemical Biology em 2007 permite antever o surgimento de mais uma técnica para a produção em escala comercial de complexas moléculas naturais de interesse terapêutico. A idéia é aparentemente simples: reunir, no interior de um único balão de laboratório, todos os ingredientes necessários à síntese de determinadas estruturas químicas, imitando condições encontradas no citoplasma das células produtoras nativas da molécula de interesse.

Estratégia biomimética – Um dos trabalhos – publicado por Qian Cheng e colaboradores – da Faculdade de Farmácia da Universidade do Arizona (Tucson, AZ) ilustra o emprego da nova estratégia na síntese total da enterocina, agente bacteriostático produzido pelo Streptomyces maritimus, bactéria isolada de sedimento marinho do Havaí, ao lado de dois subprodutos, wailupemicinas F e G. Reforçando a demonstração do potencial da nova estratégia, o mesmo volume de Nature traz também artigo de Carl Balibar e colaboradores, da Faculdade de Medicina Harvard (Boston, MA), descrevendo a biossíntese in vitro da terrequinona A, antitumoral identificado em extratos de fungos Aspergillus sp.

A enterocina, a exemplo dos demais compostos sintetizados, é produto do metabolismo secundário, entendendo-se por secundário aquele que não é considerado essencial à ontogênese (desenvolvimento) do microrganismo. Muitos desses metabólitos pertencem a famílias de moléculas conhecidas como policetídios e peptídios não-ribossômicos, ambas contendo membros célebres no cenário terapêutico. Exemplos familiares incluem, entre os policetídios, antibióticos antibacterianos e antifúngicos (tetraciclinas, eritromicina A e anfotericina B), além de diversos citostáticos, antiparasitários, inseticidas e até a lovastatina, protótipo das estatinas redutoras de taxas de colesterol no sangue. Peptídios não-ribossômicos, por sua vez, também incluem antibióticos (penicilinas, cefalosporinas, vancomicinas, actinomicina, bacitracina) e imunossupressores (ciclosporina), entre dezenas de outros fármacos.

Moléculas policetídicas devem seu nome ao fato de derivarem da polimerização de grupos acetila e propionila, a partir de conjugados de coenzima A, de forma similar à praticada na biossíntese de ácidos graxos. Peptídios não-ribossômicos que, como se deduz pelo nome, independem da intermediação de RNA mensageiro e com freqüência apresentam estruturas cíclicas e ramificadas, contendo aminoácidos não-proteínogênicos, incluindo isômeros dextrógiros (aminoácidos precursores de proteínas são exclusivamente levógiros).

PKS e NRPS – A tecnologia das biossínteses em balões de ensaio chama a atenção pela rapidez. Enterocina, por exemplo, é obtida – ou reconstruída, no jargão dos especialistas – em aproximadamente duas horas. Estruturas com tal nível de complexidade, se sintetizadas por métodos tradicionais, exigiriam meses, se não anos, para sua conclusão.

Por trás da proeza está o emprego das mesmas enzimas disponíveis em células, previamente identificadas, decodificadas e fabricadas por tecnologia recombinante, geralmente em Escherichia coli, estas sim tarefas de anos. Trata-se de dois grupos de enzimas modulares conhecidas pelas siglas PKS, de polyketide synthase, e NRPS, correspondente a non-ribosomal peptide synthetase. Tais enzimas estão entre as maiores proteínas conhecidas, conseqüência de seu caráter multifuncional. Cada uma delas consegue catalisar dezenas de reações químicas. A policetidil sintase, responsável pela síntese do imunossupressor rapamicina, por exemplo, atua em 51 etapas de síntese, enquanto a sintetase de peptídios não-ribossômicos envolvida na produção de ciclosporina responde por 40 passos individuais de síntese *. As diferentes funções estão a cargo de distintos segmentos estruturais, denominados domínios, cada um respondendo por um tipo de reação, incluindo três domínios básicos: aciltransferase (AT), proteína transportadora de acilas (ACP) e ceto sintase (KS), responsáveis pelo alongamento das cadeias.

Para obter êxito nas biossínteses de laboratório, pesquisadores não utilizam os conglomerados enzimáticos integrais e sim domínios monofuncionais integrantes das sintases e sintetases. No caso da enterocina, adicionaram ao frasco de reação sete enzimas recombinantes – EncA/B, EncC, EncD, EncN, EncM e EncK –, ao lado dos dois precursores básicos (ácido benzóico e malonil-CoA) e cofatores (S-adenosil-L-metionina, NADPH, ATP e Mg2+). Na reação, forma-se, inicialmente, o intermediário 5-desoxienterocina, ao lado dos subprodutos wailupemicinas F e G. A primeira é extraída do meio e, após tratamento com três enzimas comerciais, NADPH e proteína EncR, converte-se em enterocina. As duas etapas propiciam a formação de dez ligações carbono-carbono, cinco ligações carbono-oxigênio e criação de sete centros quirais, com rendimento global da ordem de 25% (ver Esquema 1).

Já na síntese da terrequinona A, da família das bis-indoilbenzoquinonas, envolve, na natureza, a participação de uma sintetase de peptídios não-ribossômicos denominada TdiA. Os autores tiveram êxito em clonar e expressar as cinco enzimas envolvidas na rota biossintética, em três etapas (ver Esquema 2).

Grupos protetores – A estratégia biomimética embute ainda outra vantagem inovadora em síntese orgânica. Trabalho publicado por Phil Baran e colaboradores (Scripps Research Institute, La Jolla, CA), na edição de março de 2007 na revista Nature, relata a síntese total de diversos derivados indólicos, incluindo ambiguina H, alcalóide fungicida isolado de cianobactérias, da família Stigonemataceae, sem a necessidade da utilização de grupos protetores.

A proteção temporária de funções orgânicas vulneráveis ao longo das etapas de síntese de uma molécula, com o objetivo de evitar alterações indesejáveis na estrutura em construção, é recurso tradicional até mesmo em sínteses mais simples. Acarreta, contudo, no inconveniente de incorporar, no mínimo, duas etapas adicionais ao processo de síntese, uma para incorporar e outra para remover cada grupo protetor – o que, não raro, afeta negativamente o rendimento do processo.

No caso dos alcalóides indólicos, tomados como exemplo na publicação, alguns apresentam atividades terapêuticas – entre antifúngicas, antibacterianas, antimicóticas e anticancerígenos – com potências equivalentes às de fármacos consagrados, como estreptomicina, puromicina e anfotericina, mas os estudos são prejudicados pela tendência de cianobactérias de produzir misturas complexas, com baixos rendimentos. Por exemplo, ambiguina e hapaindóis U e Q são produzidos com rendimentos na faixa de 0,00671% a 0,0213%, exigindo, em seguida, isolamento via lentas purificações cromatográficas.

Com a nova técnica, foi possível eliminar cerca de dez das vinte ou mais etapas de síntese requeridas pelo processo tradicional, com o emprego de grupos protetores, permitindo a produção econômica e acelerada, em escala de miligramas, de enantiômetro puro a partir moléculas simples, derivado terpênico (obtidos em quatro etapas), inicialmente condensado com indol, na presença de lítio hexametildisilazida e Cu2+ (ver Esquema 3).

Evoluções futuras na estratégia biomimética incluem, segundo especialistas, experimentos com enzimas imobilizadas, técnica que poderá elevar sua produtividade e estabilidade nos meios de reação, abrindo caminho para biossínteses combinatórias (síntese mecanizada, em série, de minúsculas quantidades de fármacos potenciais, a partir de estruturas similares, para posterior triagem farmacológica).

*A atual nomenclatura de enzimas recomenda o uso do nome sintase para enzimas responsáveis pela síntese de substâncias. Ocorrendo hidrólise concomitante de trifosfatos de nucleosídios (ATP, por exemplo), pode ser utilizada a denominação sintetase ou, mais corretamente, ligase.