Aplicación de la tecnología de ingeniería enzimática en productos biofarmacéuticos
La ingeniería enzimática es una ciencia que utiliza enzimas, orgánulos o células que contienen enzimas (microorganismos, animales, plantas) en ciertos dispositivos de reacción, aprovecha la función biocatalítica de las enzimas y transforma las materias primas correspondientes en sustancias útiles con la ayuda de medios de ingeniería y las utiliza en la vida social. Incluye la preparación de enzimas, el curado de enzimas, la modificación y transformación de enzimas y el reactor enzimático. Su aplicación se concentra principalmente en la industria farmacéutica, la industria alimentaria y la industria ligera.
1. Tecnología de inmovilización de enzimas y su aplicación
Mediante la incorporación de la enzima en el gel, las microcápsulas, o a través de enlaces covalentes, la adsorción de enlaces iónicos conectados al portador en fase sólida, o a través del agente de reticulación para hacer que las moléculas de la enzima se reticulen entre sí y otros métodos para hacer que la enzima insoluble quede confinada en un espacio limitado del proceso técnico. Esta técnica permite que la enzima se utilice repetidamente en reacciones por lotes, continuamente en reacciones secuenciales o que la enzima se separe fácilmente del producto. Los métodos de inmovilización incluyen métodos básicos como la adsorción, la unión covalente, la incrustación, la microencapsulación y la reticulación, así como nuevas técnicas de inmovilización como los cristales de enzimas reticuladas, los agregados de enzimas reticuladas, la incrustación en matriz de sílice y la incrustación en lípidos [1]. El método de incrustación es el más utilizado en el campo farmacéutico, seguido del método de adsorción. Se han utilizado diversas enzimas inmovilizadas para la producción industrial a gran escala, como: aminoacilasa, penicilina acilasa, aspartoacilasa, aspartato-β-descarboxilasa.
2. Modificación química de las enzimas
La modificación química de la 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 «corte» y «cizallamiento» de la cadena principal de la molécula de proteína enzimática y su modificación química, que es un proceso técnico de combinación de ciertas sustancias o grupos químicos a la molécula enzimática por medios químicos para cambiar las propiedades catalíticas y las funciones de la enzima. A través de 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 fase no acuosa de enzimas y evolución direccional de enzimas
El proceso técnico de la reacción catalítica enzimática en medio no acuoso (medio de disolvente orgánico, medio gaseoso, medio de fluido supercrítico, medio de líquido iónico, etc.) se denomina catálisis de fase no acuosa de enzimas [5]. La catálisis enzimática en medios no acuosos tiene las notables características de aumentar la solubilidad de sustratos o productos no polares, llevar a cabo reacciones sintéticas que no pueden llevarse 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 las reacciones asimétricas de compuestos quirales. La 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 del 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 la preparación enzimática
4.1 Producción de enzimas
4.1.1 Nucleasa y enzima anticuerpo
La enzima de ácido ribonucleico es una clase de ácido ribonucleico (ARN) compuesta por enzimas, con un alto grado de especificidad de secuencia de ácido nucleico del
y tiene un gran 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 autodescomposición 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 de combatir la gripe, la hepatitis, el SIDA y el mosaico del tabaco. Las nucleasas también pueden utilizarse 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 anticuerpo con funciones biocatalíticas que pueden obtenerse mediante métodos de inducción y modificación. Las enzimas anticuerpo se han utilizado en el estudio del mecanismo de acción enzimática, la síntesis y el desensamblaje de fármacos quirales, la preparación de fármacos anticancerígenos, etc.
4.1.2 Fármacos marcados con enzimas
Recientemente, se ha hecho posible diseñar fármacos basados 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 gran papel en el diseño de nuevos fármacos. Los inhibidores de la enzima convertidora 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 se debe principalmente a las proteasas de la superficie de las partículas del VIH. Por lo tanto, el estudio de la proteasa del VIH se ha convertido en un tema candente, 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 el VIH y tratar el SIDA.
4.2 Aplicación de la tecnología de ingeniería enzimática en el proceso farmacéutico
La tecnología de ingeniería enzimática en la producción de pequeñas inversiones, simplicidad de procesos, bajo consumo de energía, alto rendimiento de producto, alta eficiencia, alta eficiencia y baja contaminación y otras ventajas, se convierte en la fuerza principal en la aplicación de las industrias químicas y farmacéuticas. En el pasado, la síntesis química, la fermentación microbiana y la extracción de materiales biológicos y otras tecnologías tradicionales para producir medicamentos, pueden ser producidas por la moderna ingeniería enzimática. Incluso se pueden obtener medicamentos caros que son imposibles de obtener mediante la tecnología tradicional, como la insulina humana, la 6-APA y la 7-ADCA. Las bacterias inmovilizadas modificadas genéticamente, las células modificadas y la inteligente combinación de la tecnología de inmovilización y el 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 (acetilasa de cefalosporina). En los últimos años, también se ha inmovilizado la producción de Penicillium flavum (sistema de penicilina sintetasa) y la producción celular de penicilina. La síntesis de penicilina y cefalosporina precursores del último proceso también se utiliza en la ingeniería enzimática.
4.2.3 Aplicación de la ingeniería enzimática en la producción de aminoácidos y ácidos orgánicos
Producción de DL-aminoácidos (aminoacilasa), L-lisina (diaminoheptanoato ácido deshidroxilasa o α-amino-ε-caprolactama hidrolasa y enzima de racemización), ácido anhidro úrico (enzima L-histidina aminolisis), L-tirosina y L-dopa (β-tirosinasa) y otros ácidos orgánicos.
4.2.4 Aplicación de la ingeniería enzimática en la producción de fármacos nucleótidos
Los nucleótidos de adenina (AMP) se producen mediante la extracción de ácido nucleico con agua caliente por la proteína Pseudomonas aeruginosa, y luego se hidrolizan por nucleasa. Los desoxirribonucleótidos se producen extrayendo ácido desoxirribonucleico (ARN) de la albúmina de pescado, seguido de hidrólisis enzimática por 5′-fosfodiesterasa. Las plantas y animales ricos en ácido nucleico existentes (polen, etc.) extrajeron ácido ribonucleico (ARN) y, a continuación, la digestión enzimática de la 5′-fosfodiesterasa para fosforil glicosido (AMP), fosforil citidina (CMP), fosforil uridina (UMP) y fosforil uridina (GMP) para producir una mezcla de nucleótidos. El ácido inosínico fue producido por la acilosidasa. El ATP y el AMP fueron producidos por la carbamoilfosfato quinasa y la quinasa más la acetilquinasa, respectivamente.
5. Perspectivas de la tecnología de ingeniería enzimática para productos farmacéuticos
Como parte importante de la bioingeniería, la ingeniería enzimática ha sido reconocida en todo el mundo por su importante papel y sus significativos resultados de investigación. El objetivo principal de la investigación de aplicaciones de ingeniería enzimática es aprovechar al máximo la función catalítica de las enzimas, ampliar su ámbito de aplicación y mejorar su eficiencia de aplicación. El tema de desarrollo de la ingeniería enzimática en el siglo XXI es: investigación y desarrollo de nuevas enzimas, producción óptima de enzimas y aplicación de alta eficiencia de enzimas. Además de las tecnologías de uso común, también debemos aprovechar los últimos conocimientos en genética y proteómica, reordenamiento del ADN y tecnología de visualización de la superficie de fagos celulares para la investigación y el desarrollo de nuevas enzimas. Las nuevas enzimas más impresionantes son las enzimas de ácidos nucleicos, las enzimas de anticuerpos y la telomerasa, entre otras. La inmovilización, la modificación molecular y la catálisis en fase no acuosa se utilizarán para lograr la aplicación eficiente de las enzimas, y la tecnología de curado se aplicará ampliamente a los biochips, biosensores, biorreactores, diagnósticos clínicos, diseño de fármacos, cromatografía de afinidad, así como al estudio de la estructura y función de las proteínas, para que la tecnología enzimática pueda desempeñar un papel más importante en el campo de los productos farmacéuticos.
¡Contáctenos ahora!
Si necesita un precio, rellene sus datos de contacto en el siguiente formulario y, por lo general, nos pondremos en contacto con usted en un plazo de 24 horas. También puede enviarme un correo electrónico info@longchangchemical.com durante el horario laboral (de 8:30 a. m. a 6:00 p. m. UTC+8 de lunes a sábado) o utilice el chat en vivo del sitio web para obtener una respuesta rápida.
| Compound Glucoamylase | 9032-08-0 |
| Pullulanase | 9075-68-7 |
| Xylanase | 37278-89-0 |
| Cellulase | 9012-54-8 |
| Naringinase | 9068-31-9 |
| β-Amylase | 9000-91-3 |
| Glucose oxidase | 9001-37-0 |
| alpha-Amylase | 9000-90-2 |
| Pectinase | 9032-75-1 |
| Peroxidase | 9003-99-0 |
| Lipase | 9001-62-1 |
| Catalase | 9001-05-2 |
| TANNASE | 9025-71-2 |
| Elastase | 39445-21-1 |
| Urease | 9002-13-5 |
| DEXTRANASE | 9025-70-1 |
| L-Lactic dehydrogenase | 9001-60-9 |
| Dehydrogenase malate | 9001-64-3 |
| Cholesterol oxidase | 9028-76-6 |