La UJI avanza en el diseño por ordenador de fármacos para enfermedades provocadas por parásitos o virus

El grupo de investigación de Bioquímica Computacional de la Universitat Jaume I (UJI), liderado por el catedrático de Química Física Vicent Moliner, avanza en el diseño de nuevas moléculas para sintetizar medicamentos que puedan servir para tratar dolencias infecciosas provocadas por parásitos, como por ejemplo la enfermedad de Chagas que afecta entre 7 y 8 millones de personas, principalmente en países latinoamericanos; la enfermedad del sueño, endémica en algunas regiones de la África subsahariana y con una población en riesgo de unos 70 millones en 36 países, o también la COVID-19. El objetivo es diseñar moléculas que inhiban selectivamente la actividad de los patógenos sin provocar efectos secundarios a los humanos.

Los últimos resultados del grupo se han publicado en la revista Chemistry. A European Journal. El trabajo, a su vez, ha sido considerado como hot paper por los editores y ha sido seleccionado por su relevancia para ser portada de la publicación científica. El estudio se centra en una familia de enzimas, las cisteína proteasas, que tienen la capacidad de romper proteínas, es decir, de degradarlas.

El catedrático del Departamento de Química Física y Analítica recuerda, además, que su equipo trabaja con métodos computacionales para estudiar cómo funcionan estas complejas máquinas moleculares a escala atómica. «Nuestra misión es encontrar los mecanismos para atacar las proteasas de los virus o parásitos con el fin de bloquear su réplica, pero que no afectan enzimas similares que tenemos en el cuerpo humano», argumenta Moliner.

El trabajo publicado recientemente —del que son coautores el investigador Kemel Arafet, integrante del grupo de Bioquímica Computacional, y el profesor Florenci V. González, quien lidera el grupo de Química Orgánica y Médica a la UJI— es un estudio computacional que ilustra cómo se puede inhibir la actividad de tres proteasas, dos de parásitos y la tercera, humana. Haciendo uso de cálculos que combinan la mecánica cuántica y la mecánica clásica, se ha podido explorar el mecanismo de inhibición completo de las tres enzimas mediante compuestos de dipeptidil nitroalquenos e identificar las diferencias entre estas a escala atómica.

DISEÑO RACIONAL DE NUEVAS MOLÉCULAS

Los resultados han confirmado que la inhibición de la actividad de las cisteína proteasas se produce por la formación de un enlace covalente entre la enzima y el inhibidor. Moliner resalta que han probado que los compuestos dipeptidil nitroalquenos «son mucho más eficientes para las cisteínas proteasas de los parásitos que para la de los humanos, lo cual está en total correspondencia con los datos experimentales disponibles y abre la puerta al diseño racional de nuevas moléculas con actividad inhibidora selectiva contra las proteasas de los patógenos estudiados». «Precisamente, este estudio ha dado pie a que en este momento estemos estudiando otra enzima de la misma familia; la cisteína proteasa SARS-CoV-2 Mpro que es clave en la réplica del virus responsable de la COVID-19», añade el catedrático.

Todo el equipo responsable de esta investigación está muy satisfecho porque, como apunta Moliner, «nuestras conclusiones han sido utilizadas como guía para diseñar nuevas moléculas, que ya han sido sintetizadas por el grupo del profesor F. González y su actividad biológica está siendo comprobada por el grupo de la doctora T. Schirmeister de la Universidad de Mainz».

Vicent Moliner es catedrático de Química Física de la Universitat Jaume I y director del grupo de Bioquímica Computacional. Se dedica al desarrollo y aplicación de métodos teóricos para el estudio de procesos biológicos mediante simulaciones con ordenadores de grandes prestaciones. Recientemente, este grupo de la UJI reveló como funcionan las enzimas en sistemas relacionados con procesos degenerativos como la enfermedad de Alzheimer. Sus líneas de investigación se centran en el conocimiento de los procesos de catálisis en sistemas biológicos a escala molecular y su aplicación, en colaboración con otros grupos, en el diseño de nuevos materiales para su utilización en la biomedicina o la biotecnología, como por ejemplo, los nuevos agentes farmacológicos para inhibir la actividad enzimática o el diseño de nuevas enzimas.

Licenciado en Química por la Universitat de València y doctor en la misma disciplina por la UJI, realizó su estancia postdoctoral en la Universidad de Bath (Reino Unido). Desde entonces, ha hecho múltiples estancias de investigación en universidades y centros de investigación de España, el Reino Unido, Suecia, Francia o Polonia, además de ser profesor visitante en la Universidad Tecnológica de Łódź (Polonia, 2009) y en la Universidad de Bath (Reino Unido, 2017). Es miembro de la Real Sociedad Española de Química, de la Sociedad Biofísica de España, de la American Chemical Society de los Estados Unidos y Fellow de la Real Sociedad de Química del Reino Unido.

El catedrático de la UJI Vicent Moliner es autor de un libro, ocho capítulos de libro y cerca de 200 artículos de investigación en revistas como es el caso de Nature Chemistry, Nature Communications, J. American Chemical Society, Proc. Nato. Acad. Sci. USA, Chemical Science, Angew. Chemie, Chemistry Eur. J. o ACS Catalysis. En cuanto a reconocimientos, Moliner ha recibido varios galardones como, por ejemplo, el David Parkin Visiting Profesor, por la Universidad de Bath en 2017, el premio a la Excelencia Investigadora 2019, otorgado la Real Sociedad Española de Química, o el premio Radio Castellón Ciencia 2019.

Quantum Mechanics/Molecular Mechanics Studies of the Mechanism of Cysteine Proteases Inhibition by Dipeptidyl Nitroalkenes. Kemel Arafet; Florenci V. González; Vicent Moliner. Chemistry. A European Journal.

DOI: 10.1002/chem.201904513