Enzima bacteriana evoluída é até 1 800 vezes mais eficiente

Produzir um medicamento ou um aromatizante alimentar implica, muitas vezes, oxidar álcoois, uma etapa que os químicos costumam realizar com oxidantes agressivos a altas temperaturas, deixando para trás resíduos tóxicos. Os organismos vivos oferecem um caminho mais suave. Os fungos produzem galactose oxidases, enzimas que realizam as mesmas reações sobre álcoois e açúcares simples, em condições suaves e com oxigénio. Até agora, as versões mais bem caracterizadas provinham de fungos. Uma equipa do Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier da Universidade NOVA de Lisboa (ITQB NOVA), em Portugal, descreveu agora a primeira galactose oxidase encontrada em bactérias, à qual chama PsGalOx.

A enzima foi difícil de trabalhar durante anos. «Durante vários anos, a enzima revelou-se excecionalmente difícil de produzir numa forma solúvel e, por conseguinte, de caracterizar», afirma Lígia Martins, responsável pelo laboratório de Tecnologia Microbiana e Enzimática do ITQB NOVA. O que mudou foi o AlphaFold, um sistema de inteligência artificial cujas previsões de estruturas ajudaram a equipa a perceber a arquitetura invulgar da enzima e a identificar alterações que poderiam melhorar a sua produção. A versão bacteriana tem dois módulos de ligação a açúcares quase idênticos junto ao seu módulo catalítico, uma característica que as versões fúngicas mais conhecidas não possuem. Tomás Frazão, doutorando e um dos primeiros autores do artigo, explica que as duas cópias, que partilham cerca de 80 % de identidade de sequência, têm funções distintas: uma melhora a ligação aos açúcares, enquanto a outra contribui sobretudo para a estabilidade da proteína. A equipa põe assim em causa a ideia comum de que estes módulos são intercambiáveis.

Os investigadores aplicaram depois a evolução dirigida, que recria a seleção natural em laboratório: introduziram mutações e rastrearam milhares de colónias bacterianas em busca de variantes melhores. Os módulos semelhantes recombinaram-se em módulos híbridos únicos, e estas variantes produziram mais proteína solúvel. A equipa verificou também que uma atividade mais elevada não significava necessariamente que a enzima se tivesse tornado um catalisador melhor; grande parte da melhoria resultou de as células produzirem mais enzima, e perceber isso foi decisivo para os progressos seguintes. A variante final é 40 a 1 800 vezes mais eficiente no processamento de uma série de açúcares e álcoois.

Para químicos e fabricantes, o ganho representa uma via potencialmente mais limpa para produzir intermediários que alimentam a produção de alimentos, medicamentos e materiais, uma vez que a reação ocorre em condições suaves e com oxigénio. Quem beneficiará, e quando, ainda não está definido. A equipa pretende continuar a modificar a PsGalOx para atuar sobre «substratos de interesse prático», com o objetivo de obter um intermediário versátil para aplicações alimentares, farmacêuticas e de materiais, e quer mapear a diversidade evolutiva das oxidases bacterianas. Não foram anunciados nenhum parceiro industrial nem qualquer data comercial.

Os limites são claros. Todos os resultados provêm de trabalho laboratorial, o intervalo de 40 a 1 800 vezes abrange muitos substratos diferentes e não um único produto, e a enzima ainda não foi relatada num processo industrial. O próximo teste é saber se os mesmos ganhos se mantêm nos açúcares e álcoois de que os fabricantes realmente necessitam.