Aplicación de la tecnología de ingeniería enzimática en productos biofarmacéuticos

Respuesta rápida: Para temas de enzimas, levaduras, quitosano e ingredientes alimentarios, los compradores suelen comparar la actividad o funcionalidad junto con la estabilidad, las condiciones de aplicación y el impacto en la calidad posterior.

La ingeniería enzimática es una ciencia que utiliza enzimas, orgánulos o células que contienen enzimas (microorganismos, animales, plantas) en determinados dispositivos de reacción, aprovecha la función biocatalítica de las enzimas, transforma las materias primas correspondientes en sustancias útiles con ayuda de medios de ingeniería y las utiliza en la vida social. Incluye la preparación de enzimas, curado de enzimas, modificación y transformación de enzimas y reactor de enzimas. Su aplicación se concentra principalmente en la industria farmacéutica, industria alimentaria e industria ligera.

1. Tecnología de inmovilización enzimática y su aplicación.
Incrustando la enzima en el gel, microcápsulas o mediante enlaces covalentes, adsorción de enlaces iónicos conectados al portador de fase sólida o mediante el agente reticulante para hacer que las moléculas de la enzima se entrecrucen entre sí y otros métodos para hacer que la enzima sea insoluble confinada en un espacio limitado del proceso técnico. Esta técnica permite que la enzima se utilice repetidamente en reacciones por lotes, de forma continua en reacciones secuenciales o que la enzima se separe fácilmente del producto. Los métodos de inmovilización incluyen métodos básicos como adsorción, unión covalente, inclusión, microencapsulación y reticulación, así como nuevas técnicas de inmovilización como cristales de enzimas reticulados, agregados de enzimas reticulados, inclusión de matriz de sílice e inclusión de lípidos [1]. El método de inclusión se utiliza más comúnmente en el campo farmacéutico, seguido del método de adsorción. Se han utilizado una variedad de enzimas inmovilizadas para la producción industrial a gran escala, tales como: aminoacilasa, penicilina acilasa, aspartoacilasa, aspartato-β-descarboxilasa.

2.Modificación química de enzimas.
La modificación química de una enzima se refiere a la cadena principal de la molécula de proteína enzimática mediante «corte», «cizallamiento» y su modificación química.

 

La modificación química se refiere al proceso de «cortar» y «cortar» la cadena principal de la molécula de proteína enzimática y su modificación química, que es un proceso técnico de combinar ciertas sustancias o grupos químicos en la molécula de enzima por medios químicos para cambiar las propiedades y funciones catalíticas de la enzima. Mediante la modificación química de la enzima, se puede mejorar la actividad de la enzima, aumentar la estabilidad de la enzima, eliminar o reducir la antigenicidad de la enzima, etc. 

3. Catálisis de enzimas en fase no acuosa y evolución direccional de enzimas.

El proceso técnico de reacción catalítica enzimática en medio no acuoso (medio disolvente orgánico, medio gaseoso, medio fluido supercrítico, medio líquido iónico, etc.) se denomina catálisis en fase no acuosa de la enzima [5]. La catálisis enzimática en medios no acuosos tiene las características notables de aumentar la solubilidad de sustratos o productos no polares, llevar a cabo reacciones sintéticas que no se pueden llevar a cabo en solución acuosa, reducir la inhibición por retroalimentación de los productos a la enzima y mejorar la selectividad del sustrato, la selectividad de grupo, la regioselectividad y la enantioselectividad de reacciones asimétricas de compuestos quirales. Evolución dirigida de la tecnología enzimática [5] es una simulación del proceso evolutivo natural (mutación aleatoria natural y selección natural, etc.), mutación aleatoria artificial de genes in vitro, el establecimiento de bibliotecas de genes mutantes, a través de un entorno especial de condiciones controladas artificialmente, selección dirigida para obtener la enzima con excelentes propiedades catalíticas del proceso tecnológico mutante.

 

4. Producción y aplicación de preparación enzimática.

4.1 Producción de enzimas

4.1.1 Enzima nucleasa y anticuerpo

La enzima del ácido ribonucleico es una clase de ácido ribonucleico (ARN) compuesta de enzimas, con un alto grado de especificidad de secuencia de ácido nucleico de la

y tiene un fuerte valor de aplicación. Siempre que conozca la secuencia de nucleótidos de una determinada enzima de ácido nucleico, puede diseñar y sintetizar la composición de ácido nucleico que cataliza su autoescisión y rotura, y basándose en la secuencia completa de estos genomas, puede diseñar y sintetizar la prevención y el tratamiento de. Nucleótidos para enfermedades virales humanas, animales y vegetales causadas por estos virus, como la capacidad para combatir la gripe, la hepatitis, el SIDA y la enfermedad del mosaico del tabaco. Las nucleasas también se pueden utilizar como herramientas para estudiar el mapeo de ácidos nucleicos y la expresión génica [4]. Las enzimas anticuerpo, también conocidas como anticuerpos catalíticos, son una clase de moléculas de anticuerpos con funciones biocatalíticas que se pueden obtener mediante métodos de inducción y modificación. Las enzimas anticuerpo se han utilizado en el estudio del mecanismo de acción enzimática, síntesis y desmontaje de fármacos quirales, preparación de fármacos anticancerígenos, etc.

4.1.2 Fármacos marcados con enzimas

Recientemente, ha sido posible diseñar fármacos basándose en sus posibles objetivos de acción en el organismo (por ejemplo, enzimas o receptores), y los fármacos resultantes se denominan fármacos marcados con enzimas. Este enfoque de diseño se conoce ahora como la corriente principal del diseño de fármacos y desempeña un papel importante en el diseño de nuevos fármacos.Los inhibidores de la enzima convertidora del péptido de angiotensina (ECA) son un ejemplo exitoso de fármacos marcados con enzimas, y los inhibidores de la ECA se han convertido en fármacos antihipertensivos importantes y de uso común. Estudios recientes han descubierto que la infección y transmisión del VIH es causada principalmente por proteasas en la superficie de las partículas del VIH. Por lo tanto, el estudio de la proteasa del VIH se ha convertido en un punto de interés y se espera que el estudio de los inhibidores de la proteasa del VIH conduzca a la búsqueda de formas de prevenir la infección por VIH y tratar el SIDA.

4.2 Aplicación de la tecnología de ingeniería enzimática en procesos farmacéuticos.

La tecnología de ingeniería enzimática en la producción de pequeña inversión, simplicidad de proceso, bajo consumo de energía, alto rendimiento del producto, alta eficiencia, alta eficiencia y baja contaminación y otras ventajas, se convierte en la fuerza principal en la aplicación de las industrias química y farmacéutica. En el pasado, la síntesis química, la fermentación microbiana y la extracción de materiales biológicos y otras tecnologías tradicionales para producir fármacos podían realizarse mediante ingeniería enzimática moderna. Incluso se pueden obtener medicamentos costosos que son imposibles de obtener con la tecnología tradicional, como la insulina humana, 6-APA y 7-ADCA. Las bacterias inmovilizadas genéticamente modificadas, las células modificadas y la combinación inteligente de tecnología de inmovilización y biorreactor continuo conducirán a cambios fundamentales en toda la industria de la fermentación y la industria de la síntesis química.

4.2.1 Aplicación de la ingeniería enzimática para preparar metabolitos biológicos

La aplicación de células inmovilizadas puede producir una variedad de metabolitos primarios o intermedios en grandes cantidades, como azúcar, ácidos orgánicos y aminoácidos. Los productos son D-fructosa, glicerol, 1,6-difosfato de fructosa, ácido cítrico, ácido málico, alanina, ácido aspártico, fenilalanina, triptófano, lisina, etc.

4.2.2 Aplicación de la ingeniería enzimática para producir antibióticos y vitaminas.

La aplicación de la ingeniería enzimática puede preparar cefalosporina Ⅳ (cefalosporina acilasa), 7-ADCA (penicilina V acilasa), desacetil cefalosporina (acetato liasa de cefalosporina). En los últimos años también se ha inmovilizado la producción de Penicillium flavum (sistema de penicilina sintetasa), la producción celular de la investigación de la penicilina, la síntesis de los precursores de la penicilina y las cefalosporinas del último proceso también se utiliza en la ingeniería enzimática.

4.2.3 Aplicación de la ingeniería enzimática a la producción de aminoácidos y ácidos orgánicos.

Producción de DL-aminoácidos (aminoacilasa), L-lisina (ácido diaminoheptanoico deshidroxilasa o α-amino-ε-caprolactama hidrolasa y enzima de racemización), ácido anhídrido úrico (enzima de aminolisis de L-histidina), L-tirosina y L-dopa (β-tirosinasa) y otros ácidos orgánicos.

4.2.4 Aplicación de la ingeniería enzimática a la producción de fármacos de nucleótidos.Los nucleótidos de adenina (AMP) de la Pseudomonas aeruginosa productora de proteínas extraen el ácido nucleico con agua caliente y luego lo hidrolizan con una nucleasa. Los desoxirribonucleótidos se producen extrayendo ácido desoxirribonucleico (ARN) del pescado blanco, seguido de hidrólisis enzimática por 5′-fosfodiesterasa. Las plantas y animales existentes ricos en ácidos nucleicos (polen, etc.) extrajeron el ácido ribonucleico (ARN) y luego la digestión con enzima 5′-fosfodiesterasa a fosforil glucósido (AMP), fosforil citidina (CMP), fosforil uridina (UMP) y fosforil uridina (GMP) para producir una mezcla de nucleótidos. El ácido inosínico fue producido por la acilósido desaminasa. El ATP y el AMP fueron producidos por la carbamoilfosfato quinasa, quinasa más acetato quinasa, respectivamente.

5.Perspectivas de la tecnología de ingeniería enzimática para productos farmacéuticos

Como parte importante de la bioingeniería, la ingeniería enzimática ha sido reconocida mundialmente por su importante papel y sus importantes resultados de investigación. Aprovechar al máximo la función catalítica de la enzima, ampliar el rango de aplicación de la enzima y mejorar la eficiencia de la aplicación de la enzima es el objetivo principal de la investigación de aplicaciones de ingeniería enzimática. El tema del desarrollo de la ingeniería enzimática del siglo XXI es: investigación y desarrollo de nuevas enzimas, producción óptima de enzimas y aplicación de enzimas de alta eficiencia. Además de las tecnologías comúnmente utilizadas, también debemos aprovechar los últimos conocimientos en genética y proteómica, reordenamiento del ADN y tecnología celular de visualización de la superficie de los fagos para la investigación y el desarrollo de nuevas enzimas; las nuevas enzimas más impresionantes son las enzimas de ácido nucleico, las enzimas de anticuerpos y la telomerasa, etc. La inmovilización, la modificación molecular y la catálisis en fase no acuosa se utilizarán para lograr la aplicación eficiente de enzimas, y la tecnología de curado se aplicará ampliamente a biochips, biosensores, biorreactores, diagnóstico clínico, diseño de fármacos, cromatografía de afinidad, así como al estudio de la estructura y función de las proteínas, para permitir que la tecnología de enzimas desempeñe un papel más importante en el campo de los productos farmacéuticos.

 

Cómo suelen evaluar los compradores las enzimas y los ingredientes de procesamiento de alimentos

En proyectos de procesamiento de alimentos y enzimas, el marco de decisión más útil suele ser el ajuste de la aplicación más la estabilidad del proceso: qué ingrediente funciona bajo las condiciones de pH, temperatura, tiempo y sustrato previstas sin crear un problema de cumplimiento o calidad posterior.

• Defina primero el objetivo de procesamiento: Las aplicaciones de sabor, hidrólisis, textura, fermentación, limpieza y bioprocesos a menudo necesitan perfiles de actividad muy diferentes.
• Compruebe la ventana operativa real: El pH, la temperatura, el tiempo de residencia y el tipo de sustrato a menudo importan más que la afirmación principal del producto.
• Revisar la consistencia y el impacto posterior:La dosis, la influencia sensorial, la filtración y el comportamiento de vida útil de pueden afectar el valor comercial final.
• Utilice validación piloto:Las pruebas de producción pequeñas de generalmente revelan las diferencias más útiles en actividad, eficiencia y ajuste del proceso.

Referencias de productos recomendados

• Longzyme Lipasa: Una referencia directa del producto para debates sobre alimentos, limpieza o bioprocesos relacionados con la lipasa.
• Longzyme Beta-Amylase: Una referencia práctica de enzimas cuando se están revisando la conversión del almidón y la actividad de procesamiento de alimentos.
• Glucoamilasa compuesta de longzima: Una referencia enzimática útil cuando la sacarificación o el rendimiento del procesamiento relacionado son importantes.
• YExtracto de levadura: Una referencia práctica de ingredientes cuando se trata de aplicaciones de sabor, fermentación o soporte de nutrientes.

Preguntas frecuentes para compradores y formuladores

¿Por qué una enzima de alta actividad no es automáticamente la mejor opción comercial?
Porque la mejor enzima es la que funciona de manera confiable en las condiciones reales del proceso y brinda el resultado final deseado sin crear nuevos problemas.

¿Deben seleccionarse los ingredientes alimentarios y biotecnológicos únicamente a partir de hojas de datos?
Por lo general, es más seguro combinar la revisión de las especificaciones con una prueba piloto o de aplicación porque los sustratos reales y las ventanas de proceso pueden cambiar mucho el resultado.

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Glucoamilasa compuesta	9032-08-0
Pullulanasa	9075-68-7
Xilanasa	37278-89-0
Celulasa	9012-54-8
Naringinasa	9068-31-9
β-amilasa	9000-91-3
Glucosa oxidasa	9001-37-0
alfa-amilasa	9000-90-2
Pectinasa	9032-75-1
Peroxidasa	9003-99-0
Lipasa	9001-62-1
Catalase	9001-05-2
TANNASE	9025-71-2
Elastase	39445-21-1
Urease	9002-13-5
DEXTRANASE	9025-70-1
L-Láctica deshidrogenasa	9001-60-9
Malato de deshidrogenasa	9001-64-3
Colesterol oxidasa	9028-76-6